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【题目】含铬(Ⅵ)废水能诱发致癌,对人类和自然环境有严重的破坏作用。利用Cu2O光催化可以处理含有Cr2O72的废水。

Ⅰ.制取Cu2O

1)电解法:利用铜和钛做电极,电解含有NaClNaOH的溶液时,反应只消耗了铜和水,体系pHCl浓度维持不变(溶液体积变化忽略不计)。阳极电极反应式是_______

2)还原法:控制100℃、pH=5的条件时,利用亚硫酸钠与硫酸铜溶液反应可以制得Cu2O,同时产生SO2气体。反应过程中需要不断地加入烧碱,其原因是_______

Ⅱ.利用Cu2O光催化处理含Cr2O72的废水的研究。

1)光照射到Cu2O光催化剂上产生光催化反应,Cr2O72H2O分别在光催化反应中形成的微电极上发生电极反应,反应原理如图所示。写出Cr2O72转化Cr3+的电极反应:_______

2)研究中对Cu2O的作用提出两种假设:

aCu2O作光催化剂;bCu2OCr2O72发生氧化还原反应。

已知:Cu2O的添加量是2×10-4mol/LCr2O72的初始浓度是1×10-3mol/L;对比实验(pH=3.0且其他条件相同),反应1.5小时结果如图所示。结合试剂用量数据和实验结果可得到的结论是_______,依据是_______

3)溶液的pHCr2O72降解率的影响如图所示。

已知:Cu2OCu+CuSO4;酸性越大,Cr2O72被还原率越大。

pH分别为234时,Cr2O72的降解率最好的是___________,其原因是___________

②已知pH=5时,会产生Cr(OH)3沉淀。pH=5时,Cr2O72的降解率低的原因是___________

【答案】2Cu-2e+2OH=Cu2O+H2O 2Cu2++SO32-+2H2O=Cu2O+4H++SO42-,反应过程中溶液的酸性不断地增强,为控制pH=5的反应条件,所以需要加入烧碱 Cr2O72—+14H++6e=2Cr3++7H2O Cu2O作光催化剂 若发生氧化还原反应,则存在比例:3Cu2O—Cr2O72-,计算得:1×10-3×3×70%=2.1×10-32×10-4mol/L;实验可以看到只有氧化亚铜和只有光照时,Cr2O72-的转化率很低,说明反应条件是光照条件下和Cu2O同时存在 3 pH<2.5Cu2O会歧化(转化)为CuCu2+,所以不选pH=2;酸性越大,Cr2O72-被还原率越大,pH=3酸性强于pH=4的溶液,所以选择pH=3 pH=5时,会产生Cr(OH)3沉淀,沉淀覆盖在催化剂Cu2O表面,影响反应继续进行

【解析】

Ⅰ.(1)反应只消耗了铜和水,说明铜在阳极放电,阳极电极反应式是2Cu-2e+2OH=Cu2O+H2O。故答案为:2Cu-2e+2OH=Cu2O+H2O

2)利用亚硫酸钠与硫酸铜溶液反应可以制得Cu2O,同时产生SO2气体。反应过程中需要不断地加入烧碱,其原因是:2Cu2++SO32-+2H2O=Cu2O+4H++SO42-,反应过程中溶液的酸性不断地增强,为控制pH=5的反应条件,所以需要加入烧碱。故答案为:2Cu2++SO32-+2H2O=Cu2O+4H++SO42-,反应过程中溶液的酸性不断地增强,为控制pH=5的反应条件,所以需要加入烧碱;

Ⅱ.(1)负极是水中-2价的氧失电子,而正极Cr2O72转化Cr3,电极反应为:Cr2O72+14H+6e=2Cr3+7H2O;故答案为:Cr2O72+14H+6e=2Cr3+7H2O

2)若发生氧化还原反应,则存在比例:3Cu2O-Cr2O72,计算9.60×10-4×3×69.5%=2.00×10-31.74×10-4mol·L1;实验可以看到只有氧化亚铜和只有光照时,Cr2O72的转化率很低,说明反应条件是光照条件下和Cu2O同时存在,故答案为:Cu2O作光催化剂;3Cu2O-Cr2O72,计算9.60×10-4×3×69.5%=2.00×10-31.74×10-4mol·L1;实验可以看到只有氧化亚铜和只有光照时,Cr2O72的转化率很低,说明反应条件是光照条件下和Cu2O同时存在;

3)①由图可知:pH2.5Cu2O会歧化(转化)为Cu Cu2,故答案为:pH=3pH2.5Cu2O会歧化(转化)为Cu Cu2,所以不选pH=2;酸性越大,Cr2O72被还原率越大,pH=3酸性强于pH=4的溶液,所以选择pH=3

pH=5时,会产生CrOH3沉淀覆盖在催化剂Cu2O表面,故答案为:pH=5时,会产生CrOH3沉淀,沉淀覆盖在催化剂Cu2O表面,影响反应继续进行。

练习册系列答案
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【题目】在钯基催化剂表面上,甲醇制氢的反应历程如图所示,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。

1的△H=_____________kJ·mol1;该历程中最大能垒(活化能)E=____________kJ·mol1,写出该步骤的化学方程式_________________

2)在一定温度下,COH2混合气体发生反应:,反应速率υ=υυ=kc(CO)·c2(H2)kc(CH3OH)kk分别为正、逆反应速率常数。达到平衡后,若加入高效催化剂,___________(增大减小不变”);若升高温度,____________(增大减小不变”)

3353K时,在刚性容器中充入CH3OH(g),发生反应:。体系的总压强p随时间t的变化如表所示:

t/min

0

5

10

15

20

p/kPa

101.2

107.4

112.6

116.4

118.6

121.2

①若升高反应温度至373K,则CH3OH(g)分解后体系压强p(373K)___________121.2kPa(大于等于小于”),原因是________________________

353K时,该反应的平衡常数KP=__________(kPa)2(KP为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)

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(1)请写出A装置中发生反应的化学方程式___

(2)饱和食盐水的作用是_____

(3)装置B中盛放的试剂是___(选填下列所给试剂的编号),反应离子方程式是__

A.Na2S溶液 B.Na2SO3溶液 C.Na2SO4溶液

(4)装置C中盛放的是烧碱溶液,目的是:______________________

(5)还有哪些事实能够说明氯元素的非金属性比硫元素的非金属性强_____(填编号)

HClH2S稳定 HClO氧化性比H2SO4 HClO4酸性比H2SO4 HCl酸性比H2S ⑤氯原子最外层有7个电子,硫原子最外层有6个电子 ⑥铁与Cl2反应生成FeCl3,而硫与铁反应生成FeS

(6)此装置有多种用途,若用此装置验证氯元素的非金属性比碘元素的强,需要在B装置中加入KI溶液,通入一段时间气体后向B中加入少量CCl4,振荡。能够证明氯元素的非金属性比碘元素的强的实验现象是_____

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