Question

某含鉻的污水可用如圖所示裝置處理，該裝置可將污水中的Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺．

（1）圖中左右兩個裝置中，

 

（填“左”或“右”）裝置為電解池．電源中負極的活性物質(zhì)為

 

 （填化學式）；電源中兩電極間，帶負電荷的離子運動的方向為

 

（填“從左至右”或“從右到左”），該離子為

 

（填化學式）．
（2）請寫出陽極上的電極反應式及Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺的離子方程式分別是：

 

、

 

．
（3）為保證正常工作，圖中A物質(zhì)必須循環(huán)使用，其化學式為：

 

．
（4）鑭系元素均為稀土元素（常用作電極）位于元素周期表第六周期，該周期元素形成的氫氧化物中堿性最強的為

 

（填寫化學式）．鈰（Ce）有兩種氫氧化物Ce（OH）₃和Ce（OH）₄，前者對空氣比較敏感，請用化學方程式表示其原因

 

．

Answer 1

考點：電解原理

專題：電化學專題

分析：（1）有外加電源時為電解池，沒外加電源為原電池；甲烷燃料電池中，通甲烷的一端為負極，電解污水，鐵在陽極放電；電源中兩電極間，帶負電荷的CO₃^2-離子運動的方向為從右到左；
（2）陽極是活性電極時，陽極本身失電子，生成陽離子；二價鐵離子有還原性，Cr₂O₇^2-有強氧化性，二者能發(fā)生氧化還原反應，根據(jù)電子得失配平；
（3）從圖中流程可以發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)為碳酸鹽，燃料電池的正極上氧氣得到電子和負極發(fā)生氧化反應，甲烷失去電子，在堿性條件下生成碳酸根離子，可以判定CO₂可以重復使用；
（4）同周期元素從左到右元素的金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強；Ce（OH）₃和Ce（OH）₄中Ce的化合價分別為+3和+4，空氣中含有水蒸氣和氧氣；

解答： 解：（1）有外加電源時為電解池，左裝置有外加電源屬于電解池；沒外加電源為原電池，右裝置沒有外加電源為CH₄燃料電池；甲烷燃料電池中，通甲烷的一端為負極，負極發(fā)生氧化反應，甲烷失去電子，在堿性條件下生成碳酸根離子，負極反應為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，電源中兩電極間，帶負電荷的CO₃^2-離子向原電池的負極移動，所以運動的方向為從右到左，
故答案為：左；CH₄；從右到左；CO₃^2-；
（2）陽極上的電極鐵失去電子：Fe-2e^-=Fe²⁺，二價鐵離子有還原性，Cr₂O₇^2-有強氧化性，二者能發(fā)生氧化還原反應，二價鐵離子被氧化成三價鐵離子，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，反應方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+11H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr³⁺+4H⁺；
（3）制備中利用的原料，在轉(zhuǎn)化過程中又生成的可以循環(huán)利用；由轉(zhuǎn)化關系圖知，通入氧氣的一極為原電池的正極，其電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，同時負極發(fā)生氧化反應，甲烷失去電子，在堿性條件下生成碳酸根離子，負極反應為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，即A為CO₂，同時可以判定CO₂可以循環(huán)利用，
故答案為：CO₂；
（4）同周期元素從左到右元素的金屬性逐漸減弱，C_S是元素周期表第六周期第ⅠA族元素，所以元素的金屬性最強的是C_S，氫氧化物中堿性最強的為CsOH，Ce（OH）₃和Ce（OH）₄中Ce的化合價分別為+3和+4，Ce（OH）₃易被氧氣氧化成Ce（OH）₄，反應為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，空氣中含有水蒸氣和氧氣，所以Ce（OH）₃對空氣比較敏感，
故答案為：CsOH；4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；

點評：本題綜合考查了原電池原理和電解池原理以及元素遞變規(guī)律，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力，對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息是解題的關鍵，做題時要注意電極的判斷及化學方程式的書寫，題目難度中等．