Question

11．利用電化學(xué)原理，將NO₂、O₂和熔融KNO₃制成燃料電池，模擬工業(yè)電解法來(lái)處理含Cr₂O₇^2-廢水，如圖所示；電解過(guò)程中溶液發(fā)生反應(yīng)：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

（1）甲池工作時(shí)，NO₂轉(zhuǎn)變成綠色硝化劑Y，Y是N₂O₅，可循環(huán)使用．則石墨Ⅱ是電池的正極；石墨Ⅰ附近發(fā)生的電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．
（2）工作時(shí)，甲池內(nèi)的NO₃^-離子向石墨Ⅰ極移動(dòng)（填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”）；在相同條件下，消耗的O₂和NO₂的體積比為1：4．
（3）乙池中Fe（Ⅰ）棒上發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺．
（4）若溶液中減少了0.01mol Cr₂O₇^2-，則電路中至少轉(zhuǎn)移了0.12mol電子．
（5）向完全還原為Cr³⁺的乙池工業(yè)廢水中滴加NaOH溶液，可將鉻以Cr（OH）₃沉淀的形式除去，已知Cr（OH）₃存在以下溶解平衡：Cr（OH）₃（s）═Cr³⁺（aq）+3OH^-（aq），常溫下Cr（OH）₃的溶度積K_sp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=1.0×10^-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol•L^-1，溶液的pH應(yīng)調(diào)至5．

Answer 1

分析 （1）甲池工作時(shí)，NO₂轉(zhuǎn)變成N₂O₅，說(shuō)明氮元素的化合價(jià)升高，石墨Ⅰ為負(fù)極，電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，石墨Ⅱ?yàn)檎龢O；
（2）石墨Ⅰ為負(fù)極，原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，根據(jù)得失電子守恒知，O₂和NO₂的體積比；
（3）由于石墨Ⅰ為負(fù)極，故Fe（Ⅰ）為陽(yáng)極，鐵失去電子生成亞鐵離子；
（4）Fe（Ⅱ）為陰極，根據(jù)0.01mol Cr₂O₇^2-，轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)鉻離子計(jì)算轉(zhuǎn)移的電子；
（5）根據(jù)K_sp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=1.0×10^-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol•L^-1，計(jì)算氫氧根離子的濃度，再計(jì)算氫離子的濃度，從而求pH．

解答 解：（1）甲池工作時(shí)，NO₂轉(zhuǎn)變成N₂O₅，說(shuō)明氮元素的化合價(jià)升高，石墨Ⅰ為負(fù)極，電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，石墨Ⅱ?yàn)檎龢O，
故答案為：正；NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
（2）由于石墨Ⅰ為負(fù)極，原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，根據(jù)得失電子守恒計(jì)算1molO₂反應(yīng)中轉(zhuǎn)移4mol電子，4molNO₂轉(zhuǎn)變成N₂O₅，轉(zhuǎn)移4mol電子，相同狀況下氣體的體積比等于物質(zhì)的量之比，故O₂和NO₂的體積比為1：4，
故答案為：石墨Ⅰ；1：4；
（3）由于石墨Ⅰ為負(fù)極，故Fe（Ⅰ）為陽(yáng)極，鐵失去電子生成亞鐵離子，電極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；
（4）Fe（Ⅱ）為陰極，根據(jù)0.01mol Cr₂O₇^2-，0.01Cr₂O₇^2-～0.02Cr³⁺～0.06mole^-，此時(shí)陽(yáng)極中產(chǎn)生的0.06mol二價(jià)鐵轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)鐵，陽(yáng)極上起先有0.06mol鐵溶解變?yōu)槎�價(jià)鐵，故轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.12mol，
故答案為：0.12；
（5）溶液中c（OH^-）≥$\root{3}{\frac{{K}_{sp}}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=10^-9 mol/L，則溶液中c（H⁺）≤$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-9}}$mol/L，所以溶液的 pH≥5，故答案為：5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池與電解原理、pH計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，明確各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)、物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是計(jì)算，根據(jù)電極反應(yīng)及轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目進(jìn)行計(jì)算，題目難度中等．