Question

(14分) (1) 2009年，长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术上获得新突破，原理如下图所示。

①请写出从C口通入O₂发生的电极反应式___________________。

②以石墨电极电解饱和食盐水，电解开始后在______________的周围（填“阴极”或“阳极”）先出现红色。假设电池的理论效率为80%（电池的理论效率是指电池产生的最大电能与电池反应所释放的全部能量之比），若消耗6.4g甲醇气体，外电路通过的电子个数为__________________(保留两位有效数字)。

(2)工业废水中常含有Cu²⁺等重金属离子，直接排放会造成污染，目前在工业废水处理过程中，依据沉淀转化的原理，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去这些离子。已知室温下Ksp(FeS)=6.3×10^-18mol²•L^-2，Ksp(CuS)=1.3×10^-36mol²•L^-2。

请用离子方程式说明上述除杂的原理___________________________________________。

(3)工业上为了处理含有Cr₂O₇^2－的酸性工业废水， 用绿矾（FeSO₄·7H₂O）把废水中的六价铬离子还原成三价铬离子，再加入过量的石灰水，使铬离子转变为Cr(OH)₃沉淀。

①氧化还原过程的离子方程式为______________________________________________。

②常温下，Cr(OH)₃的溶度积Ksp =1×10^—32 mol⁴•L^-4，溶液的pH至少为____，才能使Cr³⁺沉淀完全。

③现用上述方法处理100m³含铬（＋6价）78mg•L^—1的废水，需用绿矾的质量为        kg。（保留主要计算过程）

Answer

(14分) (1) ①O2+4e—+4H+=2H2O(2分)

②阴极（1分）   5.8×1023 （2分）

(2) FeS(s)+ Cu2+(aq)= CuS(s)+Fe2+(aq) （2分）

(3)①Cr2O72—＋6Fe2+＋14H+＝2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O（2分）

②5 （2分）

③Cr3+       ～  3 FeSO4·7H2O    (3分)

n(FeSO4·7H2O)=450mol     m(FeSO4·7H2O)= 450mol×278g•mol—1=125.1kg

【解析】（1）①氧气在反应中得到电子，因此在正极通入。由于是质子交换膜，所以正极的电极反应式是O2+4e—+4H+=2H2O。

②惰性电极电解饱和食盐水时，阴极是氢离子放电生成氢气，同时破坏阴极周围水的电离平衡，所以阴极周围溶液显碱性，显红色。6.4g甲醇的物质的量是0.2mol，反应中失去0.2mol×6＝1.2mol电子。由于电池的理论效率为80%，所以外电路通过的电子个数为1.2mol×0.8×6.02×1023/mol＝5.8×1023。

（2）根据溶度积常数的大小可知，硫化铜的溶度积常数小于硫化亚铁的，所以硫化亚铁能转化为更难溶的硫化铜，反应的方程式是 FeS(s)+ Cu2+(aq)= CuS(s)+Fe2+(aq)。

（3）①Cr2O72－具有强氧化性，能氧化亚铁离子，反应的方程式是Cr2O72—＋6Fe2+＋14H+＝2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O。

②当溶液中Cr3+浓度小于10－5mol/L时，即可认为完全沉淀。常温下，Cr(OH)3的溶度积Ksp =1×10—32 mol4•L-4，所以要使Cr3+完全沉淀，则溶液中OH－浓度是，则溶液的pH＝5。

③根据反应的方程式可知

Cr3+       ～  3 FeSO4·7H2O

则

所以n(FeSO4·7H2O)=450mol

因此m(FeSO4·7H2O)= 450mol×278g•mol—1=125.1kg。