Question

20．工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一．该法用Fe和石墨作电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，最终将铬转化为Cr（OH）₃沉淀，达到净化目的．某科研小组利用以上方法处理污水，设计了熔融盐电池和污水电解装置如图所示．
（1）Fe电极为M（填“M”或“N”）；电解时不能（填“能”或“不能”）否用Cu电极来代替Fe电极，理由是因阳极产生的Cu²⁺不能还原Cr₂O₇^2-．
（2）阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
阴极附近的沉淀有Cr（OH）₃、Fe（OH）₃．
（3）图中熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH₄为燃料、空气为氧化剂、稀土金属材料为电极的新型电池．已知，该熔融盐电池的负极的电极反应是CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O，则正极的电极反应式为O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-（或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）．
（4）实验过程中，若电解池阴极材料质量不变，产生4.48L（标准状况）气体时，熔融盐燃料电池消耗CH₄的体积为1.12LL（标准状况）．

Answer 1

分析 （1）实验原理：用Fe为电极进行电解生成Fe²⁺，作为还原剂还原Cr₂O₇^2-，铜离子不具有还原性；
（2）电解池的阳极上发生失电子的氧化反应，根据电极反应产物结合溶液的环境来回答；
（3）燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程，据此书写电极反应；
（4）在燃料电池和电解池的串联电路中，转移的电子数目是相同的，据电子守恒进行计算．

解答 解：（1）该实验原理：用Fe为电极进行电解生成Fe²⁺，作为还原剂还原Cr₂O₇^2-，所以金属铁是阳极，不能用Cu电极来代替Fe电极，因阳极产生的Cu²⁺不能还原Cr₂O₇^2-，故答案为：M；不能；因阳极产生的Cu²⁺不能还原Cr₂O₇^2-；
（2）电解池的阳极上发生失电子的氧化反应，阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，根据阳离子移向阴极的原理，则阴极附近的沉淀有Cr（OH）₃、Fe（OH）₃，故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；Cr（OH）₃、Fe（OH）₃；
（3）①料电池中，正极反应一定是氧气的电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-），故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）；        
（4）阴极的电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，阴极产生了4.48L（标准状况）即2mol的氢气产生，所以转移电子的物质的量为0.4mol，根据电池的负极电极反应是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，当转移0.4mol电子时，消耗CH₄（标准状况）的物质的量是0.05mol，其体积V=nVm=0.05mol×22.4L/mol=1.12L，故答案为：1.12L．

点评 本题综合考查了化学平衡原理、氧化还原反应、和电化学知识等内容，考查学生分析和解决问题的能力，难度较大．分析时要根据题给信息，结合相关原理进行解答．