(14分) 電池的發(fā)明和應(yīng)用是化學(xué)家們對人類社會的重要貢獻(xiàn)之一。
Ⅰ.每一次化學(xué)電池技術(shù)的突破,都帶來了電子設(shè)備革命性的發(fā)展。最近,我國在甲醇燃料電池的相關(guān)技術(shù)上獲得了新突破,原理如下圖1所示。
(1)請寫出從C口通入O2發(fā)生的電極反應(yīng)式 。
(2)以石墨做電極電解飽和食鹽水,如下圖2所示。電解開始后在 的周圍(填“陰極”或“陽極”)先出現(xiàn)紅色。假設(shè)電池的理論效率為80%(電池的理論效率是指電池產(chǎn)生的最大電能與電池反應(yīng)所釋放的全部能量之比),若消耗6.4g甲醇?xì)怏w,外電路通過的電子個數(shù)為 (保留兩位有效數(shù)字,NA取6.02×1023)。
Ⅱ.隨著電池使用范圍的日益擴(kuò)大,廢舊電池潛在的污染已引起社會各界的廣泛關(guān)注。
(1)電池生產(chǎn)企業(yè)排放的工業(yè)廢水中常含有Cu2+等重金屬離子,直接排放會造成污染,目前在工業(yè)廢水處理過程中,依據(jù)沉淀轉(zhuǎn)化的原理,常用FeS等難溶物質(zhì)作為沉淀劑除去這些離子。已知室溫下Ksp(FeS)=6.3×10-18mol2·L-2,Ksp(CuS)=1.3×10-36mol2·L-2。請用離子方程式說明上述除雜的原理 。
(2)工業(yè)上為了處理含有Cr2O72-的酸性工業(yè)廢水,用綠礬(FeSO4·7H2O)把廢水中的六價鉻離子還原成三價鉻離子,再加入過量的石灰水,使鉻離子轉(zhuǎn)變?yōu)镃r(OH)3沉淀。
①氧化還原過程的離子方程式為 。
②常溫下,Cr(OH)3的溶度積Ksp=1×10-32 mol4·L-4,溶液的pH至少為 ,才能使Cr3+沉淀完全。
③現(xiàn)用上述方法處理100m3含鉻(+6價)78mg•L-1的廢水,需用綠礬的質(zhì)量為 kg。(寫出主要計算過程)
(14分)Ⅰ.(1)O2+4e-+4H+=2H2O (2分) (2)陰極(1分);5.8×1023(2分)
Ⅱ.(1)FeS(s)+Cu2+(aq)=CuS(s) +Fe2+(aq) (2分)
(2)①Cr2O72-+6 Fe2++14H+=2Cr3++6 Fe3++7 H2O (2分) ②5(2分) ③125.1Kg (2分)
【解析】
試題分析:Ⅰ.(1)氧氣在反應(yīng)中得到電子,所以在正極通入。又因為存在質(zhì)子交換膜,所以通入氧氣的電極反應(yīng)式是O2+4e-+4H+=2H2O。
(2)惰性電極電解飽和食鹽水,則陽極是氯離子失去電子,陰極是氫離子得到電子生成氫氣。由于氫離子放電,破壞了陰極周圍水的電離平衡,所以陰極周圍溶液顯堿性,則陰極周圍出現(xiàn)紅色。6.4g甲醇的物質(zhì)的量是6.4g÷32g/mol=0.2mol,甲醇的氧化產(chǎn)物是CO2,反應(yīng)中失去0.2mol×(4+2)=1.2mol。又因為電池的理論效率為80%,則外電路通過的電子個數(shù)為1.2mol×80%×6.02×1023/mol=5.8×1023。
Ⅱ.(1)根據(jù)溶度積常數(shù)可知,F(xiàn)eS的溶度積常數(shù)大于CuS的溶度積常數(shù),所以FeS能轉(zhuǎn)化為更難溶的CuS沉淀,反應(yīng)的離子方程式為FeS(s)+Cu2+(aq)=CuS(s) +Fe2+(aq)。
(2)①反應(yīng)中亞鐵離子的氧化產(chǎn)物是鐵離子,Cr2O72-的還原產(chǎn)物是Cr3+,所以根據(jù)電子得失守恒可知,該反應(yīng)的離子方程式為Cr2O72-+6 Fe2++14H+=2Cr3++6 Fe3++7H2O。
②由于溶液中Cr3+濃度小于10-5mol/L時,可以視為完全沉淀,所以根據(jù)Cr(OH)3的溶度積Ksp=1×10-32 mol4·L-4可知,要使Cr3+沉淀完全,則溶液中c(OH-)==10-9mol/L,所以pH=5。
③根據(jù)反應(yīng)的方程式可知
2Cr3+ ~ 6FeSO4·7H2O
2mol 6mol
78mg•L-1×100m3/52g• mol—1 n(FeSO4·7H2O)
解得n(FeSO4·7H2O)=450 mol
所以m(FeSO4·7H2O)=450 mol×278g• mol—1=125.1Kg
考點:考查電極反應(yīng)式的書寫、電極產(chǎn)物的判斷和計算;溶解平衡以及溶度積常數(shù)和氧化還原反應(yīng)的有關(guān)計算等
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
(14分)低碳生活(low-carbon life)是一種時尚的生活理念,倡導(dǎo)人們降碳節(jié)能、有效幵發(fā)利用CO2。
(1) 若用如圖裝置,以CO2和H2為原料制備甲醇,發(fā)生反應(yīng)為。H2應(yīng)從電解池的________(填電極名稱)通入;其中b電極的電極反應(yīng)方程式為________。
(2) 工業(yè)上可在6500C浮石銀催化作用下用甲醇制備甲醛。當(dāng)時,制備反應(yīng)分兩步進(jìn)行,其中一步是,則另一步是____________(寫化學(xué)方程式)。
的HCHO可用于殺菌消毒,其原因是________。
(3) 最近有人利用ZrO2作為固體電解質(zhì)制造出了常溫下的甲醇一空氣燃料電池。當(dāng)原電池中有0. 5 mol甲醇消耗時,產(chǎn)生最大電能為360. 0 kJ。則負(fù)極消耗O2—的物質(zhì)的量為________mol;若該燃料電池所產(chǎn)生的最大電能與甲醇常溫下燃燒所釋放的全部能量之比為9: 10,則CH3OH燃燒的熱化學(xué)方程式為________;在O2不足時原電池會發(fā)生負(fù)極區(qū)固體電解質(zhì)堵塞,導(dǎo)致堵塞的物質(zhì)是________。
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科目:高中化學(xué) 來源:2012屆四川省成都市高三第二次診斷性檢測理綜試卷(帶解析) 題型:填空題
(14分)低碳生活(low-carbon life)是一種時尚的生活理念,倡導(dǎo)人們降碳節(jié)能、有效幵發(fā)利用CO2。
(1) 若用如圖裝置,以CO2和H2為原料制備甲醇,發(fā)生反應(yīng)為。H2應(yīng)從電解池的________ (填電極名稱)通入;其中b電極的電極反應(yīng)方程式為________。
(2) 工業(yè)上可在6500C浮石銀催化作用下用甲醇制備甲醛。當(dāng)時,制備反應(yīng)分兩步進(jìn)行,其中一步是,則另一步是____________ (寫化學(xué)方程式)。
的HCHO可用于殺菌消毒,其原因是________。[來源:學(xué)_科_網(wǎng)]
(3) 最近有人利用ZrO2作為固體電解質(zhì)制造出了常溫下的甲醇一空氣燃料電池。當(dāng)原電池中有0. 5 mol甲醇消耗時,產(chǎn)生最大電能為360. 0 kJ。則負(fù)極消耗O2—的物質(zhì)的量為________mol;若該燃料電池所產(chǎn)生的最大電能與甲醇常溫下燃燒所釋放的全部能量之比為9: 10,則CH3OH燃燒的熱化學(xué)方程式為________;在O2不足時原電池會發(fā)生負(fù)極區(qū)固體電解質(zhì)堵塞,導(dǎo)致堵塞的物質(zhì)是________。
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科目:高中化學(xué) 來源:2011-2012學(xué)年四川省成都市高三第二次診斷性檢測理綜試卷(解析版) 題型:填空題
(14分)低碳生活(low-carbon life)是一種時尚的生活理念,倡導(dǎo)人們降碳節(jié)能、有效幵發(fā)利用CO2。
(1) 若用如圖裝置,以CO2和H2為原料制備甲醇,發(fā)生反應(yīng)為。H2應(yīng)從電解池的________ (填電極名稱)通入;其中b電極的電極反應(yīng)方程式為________。
(2) 工業(yè)上可在6500C浮石銀催化作用下用甲醇制備甲醛。當(dāng)時,制備反應(yīng)分兩步進(jìn)行,其中一步是,則另一步是____________ (寫化學(xué)方程式)。
的HCHO可用于殺菌消毒,其原因是________。[來源:學(xué)_科_網(wǎng)]
(3) 最近有人利用ZrO2作為固體電解質(zhì)制造出了常溫下的甲醇一空氣燃料電池。當(dāng)原電池中有0. 5 mol甲醇消耗時,產(chǎn)生最大電能為360. 0 kJ。則負(fù)極消耗O2—的物質(zhì)的量為________mol;若該燃料電池所產(chǎn)生的最大電能與甲醇常溫下燃燒所釋放的全部能量之比為9: 10,則CH3OH燃燒的熱化學(xué)方程式為________;在O2不足時原電池會發(fā)生負(fù)極區(qū)固體電解質(zhì)堵塞,導(dǎo)致堵塞的物質(zhì)是________。
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