Question

【题目】回答下列有关问题。

（1）某工业废水中仅含下表离子中的5种(不考虑水的电离及离子的水解)，且各种离子的物质的量浓度相等，均为0.1mol/L。

阳离子	K＋	Cu2＋	Fe3＋	Al3＋	Fe2＋
阴离子	Cl－	CO32—	NO3—	SO42—	SiO32—

某同学欲探究废水的组成，进行了如下实验：

Ⅰ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰(透过蓝色钴玻璃观察)。

Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化。

Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变。

Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成。

请推断：原溶液中所含阳离子是___________________，阴离子是_____________________。

（2）光伏发电是当今世界利用太阳能最主要方式之一。图1为光伏并网发电装置，图2为电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图(电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极)。

图1 图2

①图1中N型半导体为____________(填“正极”或“负极”)

②该系统工作时，A极的电极反应式为___________________________________________。

③若A极产生7.00gN2，则此时B极产生_____________LH2(标准状况下)。

Answer 1

【答案】Fe2＋、Cu2＋Cl－、NO3—、SO42—负极CO(NH2)2＋8OH－－6e－═CO32—＋N2↑＋6H2O16.8

【解析】

(1)Ⅰ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰(透过蓝色钴玻璃观察)，说明没有K+；Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化，说明没有Fe3+；Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变，说明 Fe2+与NO3-和H+反应生成NO，即溶液中有Fe2+、NO3-，加盐酸溶液中阴离子种类不变，说明原溶液中有Cl-，加盐酸溶液依然澄清，说明没有SiO32-；Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，说明有SO42-；由以上推断可知溶液中阴离子为 Cl-、NO3-、SO42-，且各为0.1mol/L；已经推断出的阳离子是Fe2+，其浓度为0.1mol/L，由电荷守恒可知溶液中还有一种+2价阳离子，所以还有Cu2+，所以甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是：Fe2+、Cu2+；阴离子是：Cl-、NO3-、SO42-，故答案为：Fe2+、Cu2+；Cl-、NO3-、SO42-；

(2)①该电池反应时中，氮元素化合价由-3价变为0价，H元素化合价由+1价变为0价，则氮元素被氧化，氢元素被还原，所以生成氮气的电极A是阳极，生成氢气的电极B是阴极，则图1中N型半导体为负极，P型半导体为正极，故答案为：负极；

②A极为阳极，电极反应式为：CO(NH2)2+80H--6e-═CO32-+N2↑+6H2O，故答案为：CO(NH2)2+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O；

③A极为阳极，电极反应式为：CO(NH2)2+80H--6e-═CO32-+N2↑+6H2O，若A极产生7.00g N2，即0.25molN2，则转移电子是1.5mol，此时B极产生氢气，B电极反应为：2H2O+2e-═H2↑+2OH-，转移1.5mol电子，产生氢气的体积是×22.4L/mol=16.8L，故答案为：16.8。