Question

【題目】(1)用電解法分開處理含有Cr2O72-及含有NO2-的酸性廢水[最終Cr2O72-轉化為Cr3+，NO2-轉化為無毒物質]，其裝置如圖所示。

①陰極電極反應：________________________，

左池中Cr2O72-轉化為Cr3＋的離子方程式是_________________________________________。

②當陰極區消耗2 mol NO2-時，右池減少的H＋的物質的量為________ mol。

③若將鐵電極換成石墨棒，陽極電極反應式為：_________________________________。

(2)由甲醇(CH3OH)、氧氣和NaOH溶液構成的新型手機電池，可使手機連續使用一個月才充一次電。

①該電池負極的電極反應式為___________________________________________，正極電極反應式_____________________________________________。

②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200 mL含有2mol·L－1HCl與0.5mol·L－1CuSO4的混合溶液。當兩極收集到相同體積(相同條件下)的氣體時(忽略溶液體積的變化及電極產物可能存在的溶解現象)，陽極上收集到氧氣的質量為_____g，總共轉移_____mol電子。

Answer 1

【答案】2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe2＋＋7H2O 2 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O CH3OH－6e－＋8OH－===CO32-＋6H2O O2+4e－＋2H2O===4OH－ 3.2 g 0.8mol

【解析】

(1) ①陰極發生還原反應；亞鐵離子具有還原性，能被重鉻酸根氧化為鐵離子，據此書寫；

②根據陰極電極反應式2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O，當陰極區消耗2 mol NO2-時，同時消耗8molH+，同時根據得失電子守恒，轉移6mol電子，則有6molH+從左池進入右池，以此分析；

③若將鐵電極換成石墨棒，石墨為惰性電極，陽極上是溶液中的氫氧根離子失電子發生氧化反應；

(2)①甲醇燃料電池中甲醇在負極失電子發生氧化反應，氧氣在正極得電子發生還原反應，在堿溶液中生成碳酸鹽；
②開始階段，陰極電極反應為：Cu2++2e-=Cu，陽極電極反應為：2Cl—2e-=Cl2↑，電解一段時間后，當兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體，且陽極生成氧氣，則陰極還發生反應：2H++2e-=H2↑，陽極還發生：4OH—4e-=2H2O+O2↑，陽極生成氯氣為0.2mol，假設氧氣為xmol，則氫氣為(x+0.2)mol，根據電子轉移守恒列方程計算解答。

(1) ①電解池的陰極發生還原反應，溶液中的NO2-得電子，電極反應式為：2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O；Cr2O72-把Fe2+氧化為Fe3+，Cr2O72-被還原為Cr3+，根據元素守恒同時生成H2O，所以離子方程式是Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe2＋＋7H2O；

因此，本題正確答案是：2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O；Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe2＋＋7H2O；

②根據陰極電極反應式2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O，當陰極區消耗2 mol NO2-時，同時消耗8molH+，同時根據得失電子守恒，轉移6mol電子，則有6molH+從左池進入右池，所以右池減少的H＋的物質的量為2mol；

因此，本題正確答案是：2；

③若將鐵電極換成石墨棒，石墨為惰性電極，陽極上是溶液中的氫氧根離子失電子發生氧化反應，電極反應式為：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；

因此，本題正確答案是：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；

(2)①該燃料電池中，電池的正極通入氧氣，負極通入燃料甲醇，電解質是氫氧化鈉溶液，正極O2得到電子生成氫氧根離子：O2+4e－＋2H2O===4OH－，負極電極反應：CH3OH－6e－＋8OH－===CO32-＋6H2O，
因此，本題正確答案是：CH3OH－6e－＋8OH－===CO32-＋6H2O；O2+4e－＋2H2O===4OH－；
②溶液中n(Cu2+)=0.2L0.5mol/L=0.1mol，n(H+)=0.2L2mol/L=0.4mol，n(Cl-)=0.2L2mol/L=0.4mol，
開始階段，陰極電極反應為：Cu2++2e-=Cu，陽極電極反應為：2Cl—2e-=Cl2↑，電解一段時間后，當兩極收集到相同體積(相同件)的氣體，且陽極生成氧氣，則陰極還發生反應：2H++2e-=H2↑，陽極還發生：4OH—4e-=2H2O+O2↑，陽極生成氯氣為0.2mol，假設氧氣為xmol，則氫氣為(x+0.2)mol，根據電子轉移守恒，則0.1mol2+(x+0.2)mol2=0.2mol 2+xmol4，計算得出x=0.1，

故收集到的氧氣為0.1mol，氧氣的質量為0.1mol32g/mol=3.2g，

總共轉移電子為0.2mol2+0.1mol4=0.8mol，
因此，本題正確答案是：3.2 g ；0.8mol。