Question

（12分）工业废水中常含有一定量的Cr₂O，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是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Cr₂O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下图所示。

（1）Fe电极为          （填“M”或“N”）；电解时        (填“能”或“不能”)否用Cu电极来代替Fe电极，理由是                                                 。

（2）阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是                            

阴极附近的沉淀有                              。

（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                   。

（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                     L（标准状况）。

Answer

(1)M（1分） 不能（1分） 因阳极产生的Cu2＋不能还原Cr2O72- （2分） (2) Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O（2分） 有Cr(OH)3 (1分) Fe(OH)3（1分） (3)O2+2CO2+4e–===2CO32– （或2O2+4CO2+8e–===4CO32–） （2分） (4)1.12（2分）

【解析】

试题分析：从图看出右边的装置时一个甲烷燃料电池，左边是电解池，CH4通入的一极是负极，那么N就是阴极，O2通入的一极是正极，那么M是阳极。（1）Cr2O72-转化为Cr(OH)3沉淀，铬元素的化合价降低，所以要发生氧化还原反应，Cr2O72-做氧化剂，那么Fe要变为有还原性的Fe2+，则Fe作阳极，则Fe为M极；电解质不能用Cu电极来代替Fe电极，是因为Cu2＋不能还原Cr2O72- 。（2）Fe变为有还原性的Fe2+后与Cr2O72-发生氧化还原反应，反应离子方程式为：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，阴极是水中的H+放电，那么阴极附近溶液显碱性，由于有Cr3＋和Fe3＋生成，就会产生Cr(OH)3 和 Fe(OH)3沉淀。(3)从图可以看出正极是02和C02反应，电极反应为：O2 + 2CO2 + 4e–===2CO32–。（4）根据2H+ + 2e—===H2↑，阴极生成4.48L（标准状况）气体时转移电子为0.4mol，再根据CH4–8e–+4CO32–==5CO2+2H2O，转移0.4mol电子时消耗CH4的物质的量为0.05mol，体积为1.12L。

考点：燃料电池正负极判断、氧化还原反应方程式的书写、电子转移的计算、