Question

(14分)某含铬的污水可用下图所示装置处理，该装置可将污水中的Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺。

（1）图中左右两个装置中，    （填“左”或“右”）装置为电解池。电源中负极的活性物质为          (填化学式)；电源中两电极间，带负电荷的离子运动的方向为          （填“从左至右”或“从右到左”），该离子为        (填化学式)。
（2）请写出阳极上的电极反应式及Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺的离子方程式分别是：
                         、                                           。
（3）为保证正常工作，图中A物质必须循环使用，其化学式为：            。
（4）镧系元素均为稀土元素（常用作电极）位于元素周期表第六周期，该周期元素形成的氢氧化物中碱性最强的为       （填写化学式）。铈（Ce）有两种氢氧化物Ce(OH)₃和Ce(OH)₄，前者对空气比较敏感，请用化学方程式表示其原因               。

Answer 1

（14分）
⑴左(2’)。CH₄(1’)；从右到左(2’)，CO₃^2-(1’)
⑵Fe-2e^-=Fe²⁺(2’)、6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+11H₂O=6Fe(OH)₃↓+2Cr³⁺+4H⁺(2’)
⑶CO₂(1’)
⑷CsOH(1’)。4Ce(OH)₃+O₂+2H₂O=4Ce(OH)₄(2’)

试题分析：（1）有外加电源时为电解池，左装置有外加电源属于电解池；没外加电源为原电池，右装置没有外加电源为CH₄燃料电池；甲烷燃料电池中，通甲烷的一端为负极，负极发生氧化反应，甲烷失去电子，在碱性条件下生成碳酸根离子，负极反应为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，电源中两电极间，带负电荷的CO₃^2-离子向原电池的负极移动，所以运动的方向为从右到左．
（2）阳极活性电极铁，铁失去电子，电极方程式为：Fe-2e^-=Fe²⁺；二价铁离子有还原性，Cr₂O₇^2-有强氧化性，二者能发生氧化还原反应，二价铁离子被氧化成三价铁离子，Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，反应方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O。
（3）制备中利用的原料，在转化过程中又生成的可以循环利用；由转化关系图知，通入氧气的一极为原电池的正极，其电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，同时负极发生氧化反应，甲烷失去电子，在碱性条件下生成碳酸根离子，负极反应为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，即A为CO₂，同时可以判定CO₂可以循环利用。
（4）同周期元素从左到右元素的金属性逐渐减弱，C_S是元素周期表第六周期第ⅠA族元素，所以元素的金属性最强的是C_S，氢氧化物中碱性最强的为CsOH，Ce（OH）₃和Ce（OH）₄中Ce的化合价分别为+3和+4，Ce（OH）₃易被氧气氧化成Ce（OH）₄，反应为：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，空气中含有水蒸气和氧气，所以Ce（OH）₃对空气比较敏感。