Question

16．氮、硫、氯及其化合物是中学化学重要的组成部分．
（1）氨气燃料电池使用的电解质溶液是KOH溶液，电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．该电池负极的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；用该电池进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，以CuSO₄溶液为电解质溶液，下列说法正确的是bd．
a．电能全部转化为化学能       
b．SO₄^2-的物质的量浓度不变（不考虑溶液体积变化）
c．溶液中Cu²⁺向阳极移动       
d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
e．若阳极质量减少64g，则转移电子数为2N_A个
（2）①将SO₂通入到BaCl₂溶液中，出现了异常现象，看到了明显的白色沉淀，为探究该白色沉淀的成分，他设计了如下实验流程：所得悬浊液$\stackrel{操作①}{→}$白色沉淀$\stackrel{加试剂A}{→}$观察现象并判断则试剂A的化学式为HCl．实验表明，加入试剂A后，白色沉淀未见溶解，产生该白色沉淀的离子方程式是2SO₂+2Ba²⁺+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺．
②利用如图所示电化学装置吸收工业尾气中SO₂，阴极上生成Cu．写出装置中阳极的电极反应式SO₂+2H₂O-2e^-=4H⁺+SO₄^2-．
（3）已知K_SP（ BaSO₄）=1.0×10^-10，K_SP（ BaCO₃）=2.5×10^-9．某同学设想用下列流程得到BaCl₂，
BaSO₄$→_{①}^{饱和Na_{2}CO_{3}溶液}$BaSO₃$→_{②}^{盐酸}$BaCl₂．则①的离子方程式为BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），该反应的平衡常数K=0.04．

Answer 1

分析 （1）依据化学方程式分析氨气化合价变化，判断发生氧化反应的物质是氨气，原电池中在负极失电子，正极上氧气得到电子生成氢氧根离子；用氨燃料电池进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，电解液为CuSO₄溶液，阳极上Cu以及比铜活泼的金属放电，阴极上铜离子放电；
（2）①（2）实现固体和液体的分离可以采用过滤的方法；硫酸钡和盐酸不反应，但是亚硫酸钡可以和盐酸反应；
②电解池中吸收工业尾气中SO₂，阴极上生成Cu，阳极是二氧化硫失电子发生氧化反应生成硫酸根离子；
（3）硫酸钡中加入饱和碳酸钠溶液，发生沉淀转化生成碳酸钡沉淀，依据化学反应的离子方程式书写平衡常数，结合钡离子浓度相同得到平衡常数的计算式为溶度积常数比值，代入数值计算．

解答 解：（1）电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．该电池负极是氨气失电子生成氮气，反应的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
用氨燃料电池电解CuSO₄溶液，阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电而析出铜，阳极上电极反应式为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
a、电解池中是电能转化为化学能，但不可能完全转化，故错误；
b、硫酸根离子不参与反应，所以浓度不变，故正确；
c、电解池中阳离子移向阴极，故错误；
d、阳极上Cu以及比铜活泼的金属放电，Ag、Pt、Au等金属留在阳极泥里，故正确；
e、阳极上Cu以及比铜活泼的金属放电，所以若阳极质量减少64g，则转移电子数不是2N_A个，故错误；
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；bd；
（2）①将SO₂通入到BaCl₂溶液中，出现的白色浑浊可能是硫酸钡还可能是亚硫酸钡，硫酸钡和盐酸不反应，但是亚硫酸钡可以和盐酸反应，溶解，可以用盐酸来鉴别沉淀成分，故答案为：HCl；2SO₂+2Ba²⁺+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺；
②电解池中吸收工业尾气中SO₂，阴极上生成Cu，阳极是二氧化硫失电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应为：SO₂+2H₂O-2e^-=4H⁺+SO₄^2-；
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=4H⁺+SO₄^2-；
（3）硫酸钡中加入饱和碳酸钠溶液，发生沉淀转化生成碳酸钡沉淀，反应的离子方程式为：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），则平衡常数=$\frac{c（S{O}_{{4}^{2-}}）}{c（C{O}_{{3}^{2-}}）}$=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）•c（B{a}^{2+}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）•c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{1×1{0}^{-10}}{2.5×1{0}^{-9}}$=0.04；
故答案为：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；0.04．

点评 本题主要考查了氧化还原反应、离子方程式式的书写以及化学计算，题目难度中等，注意沉淀转化关系的分析判断，电解池原理应用，掌握基础是关键．