Question

5．鐵炭微電池在污水處理和環(huán)境修復(fù)等方面用途非常廣泛，回答下列問題：
（1）鐵炭微電池中，鐵為微電池的負（填“正”或“負”）極，該極的電極反應(yīng)式為Fe-2e^-=Fe²⁺．鐵炭微電池還原酸性水體中的硝酸鹽（NO₃^-），NO₃^-在碳表面還原為NH₄⁺的電極反應(yīng)式為NO₃^-+8e^-+10H⁺=NH₄⁺+3H₂O．
（2）鐵炭微電池可用于處理電鍍廢水，脫除水體中的六價鉻，最終形成Cr（OH）₃沉淀．
①六價鉻在溶液存在Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺的平衡，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c{\;}^{2}（H{\;}^{+}）c{\;}^{2}（CrO{\;}_{4}{\;}^{2-}）}{c（Cr{\;}_{2}O{{\;}_{7}}^{2-}）}$
②已知常溫時，K_sp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38，反應(yīng)Fe³⁺+Cr（OH）₃?Fe（OH）₃+Cr³⁺的平衡常數(shù)為8×10⁶．

Answer 1

分析 （1）鐵炭微電池中，鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)為負極，NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成NH₄⁺；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
②根據(jù)反應(yīng)Fe³⁺+Cr（OH）₃?Fe（OH）₃+Cr³⁺的平衡常數(shù)K=$\frac{c（Cr{\;}^{3+}）}{c（Fe{\;}^{3+}）}$結(jié)合K_sp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38計算．

解答 解：（1）鐵炭微電池中，鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)為負極，反應(yīng)式為：Fe-2e^-=Fe²⁺，NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成NH₄⁺，電極反應(yīng)式為NO₃^-+8e^-+10H⁺=NH₄⁺+3H₂O，故答案為：負；Fe-2e^-=Fe²⁺；NO₃^-+8e^-+10H⁺=NH₄⁺+3H₂O；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c{\;}^{2}（H{\;}^{+}）c{\;}^{2}（CrO{\;}_{4}{\;}^{2-}）}{c（Cr{\;}_{2}O{{\;}_{7}}^{2-}）}$，故答案為：$\frac{c{\;}^{2}（H{\;}^{+}）c{\;}^{2}（CrO{\;}_{4}{\;}^{2-}）}{c（Cr{\;}_{2}O{{\;}_{7}}^{2-}）}$；
②反應(yīng)Fe³⁺+Cr（OH）₃?Fe（OH）₃+Cr³⁺的平衡常數(shù)K=$\frac{c（Cr{\;}^{3+}）}{c（Fe{\;}^{3+}）}$=$\frac{K{\;}_{sp}[Cr（OH）{\;}_{3}]}{K{\;}_{sp}[Fe（OH）{\;}_{3}]}$=$\frac{6.4×10{\;}^{-31}}{8.0×10{\;}^{-38}}$=8×10⁶，故答案為：8×10⁶．

點評 本題考查學(xué)生原電池電極方程式的書寫、化學(xué)平衡常數(shù)及其計算知識，注意知識的遷移應(yīng)用是關(guān)鍵，難度中等．