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(14分) 电池的发明和应用是化学家们对人类社会的重要贡献之一。

Ⅰ.每一次化学电池技术的突破,都带来了电子设备革命性的发展。最近,我国在甲醇燃料电池的相关技术上获得了新突破,原理如下图1所示。

(1)请写出从C口通入O2发生的电极反应式      

 (2)以石墨做电极电解饱和食盐水,如下图2所示。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,NA取6.02×1023)。

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Ⅱ.随着电池使用范围的日益扩大,废旧电池潜在的污染已引起社会各界的广泛关注。

(1)电池生产企业排放的工业废水中常含有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)=6.3×1018mol2·L2,Ksp(CuS)=1.3×1036mol2·L2。请用离子方程式说明上述除杂的原理      

(2)工业上为了处理含有Cr2O72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=1×1032 mol4·L4,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•L1的废水,需用绿矾的质量为       kg。(写出主要计算过程)

 

答案:
(14分)Ⅰ.(1)O2+4e-+4H+=2H2O (2分) (2)阴极(1分);5.8×1023(2分) Ⅱ.(1)FeS(s)+Cu2+(aq)=CuS(s) +Fe2+(aq) (2分) (2)①Cr2O72-+6 Fe2++14H+=2Cr3++6 Fe3++7 H2O  (2分)  ②5(2分) ③125.1Kg (2分) 【解析】 试题分析:Ⅰ.(1)氧气在反应中得到电子,所以在正极通入。又因为存在质子交换膜,所以通入氧气的电极反应式是O2+4e-+4H+=2H2O。 (2)惰性电极电解饱和食盐水,则阳极是氯离子失去电子,阴极是氢离子得到电子生成氢气。由于氢离子放电,破坏了阴极周围水的电离平衡,所以阴极周围溶液显碱性,则阴极周围出现红色。6.4g甲醇的物质的量是6.4g÷32g/mol=0.2mol,甲醇的氧化产物是CO2,反应中失去0.2mol×(4+2)=1.2mol。又因为电池的理论效率为80%,则外电路通过的电子个数为1.2mol×80%×6.02×1023/mol=5.8×1023。 Ⅱ.(1)根据溶度积常数可知,FeS的溶度积常数大于CuS的溶度积常数,所以FeS能转化为更难溶的CuS沉淀,反应的离子方程式为FeS(s)+Cu2+(aq)=CuS(s) +Fe2+(aq)。 (2)①反应中亚铁离子的氧化产物是铁离子,Cr2O72-的还原产物是Cr3+,所以根据电子得失守恒可知,该反应的离子方程式为Cr2O72-+6 Fe2++14H+=2Cr3++6 Fe3++7H2O。 ②由于溶液中Cr3+浓度小于10-5mol/L时,可以视为完全沉淀,所以根据Cr(OH)3的溶度积Ksp=1×10-32 mol4·L-4可知,要使Cr3+沉淀完全,则溶液中c(OH-)==10-9mol/L,所以pH=5。 ③根据反应的方程式可知 2Cr3+                    ~            6FeSO4·7H2O 2mol                             6mol 78mg•L-1×100m3/52g• mol—1       n(FeSO4·7H2O) 解得n(FeSO4·7H2O)=450 mol 所以m(FeSO4·7H2O)=450 mol×278g• mol—1=125.1Kg 考点:考查电极反应式的书写、电极产物的判断和计算;溶解平衡以及溶度积常数和氧化还原反应的有关计算等
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短周期元素A、B、C、D在元素周期表中的相对位置如图所示,其中B所处的周期序数与族序数相等。填写下列空白。

                                              A                    

B                     C                                            D

 

(1)写出C的氧化物的一种用途:        

(2)B单质与Fe2O3反应时,每消耗13.5g B时放热213kJ,该反应的热化学方程式是       

(3)为防止A元素的氧化物AO2污染空气,科学家寻求合适的化合物G和催化剂,以实现反应:

AO2+X催化剂A2 +H2O+n Z(未配平,n可以为0)。上述反应式中的X不可能是         (填标号)。

a.NH3       b.CO       c.CH3CH2OH       d.H2O2

(4)A元素的最简单氢化物甲、D元素的最高价氧化物对应的水化物乙都是很重要的基础化工原料。

①一定条件下,甲在固定体积的密闭容器中发生分解反应(△H>0)并达平衡后,仅改变下表中反应条件x,该平衡体系中随x递增y递减的是       (选填序号)。

选项

a

b

c

d

x

温度

温度

加入H2的物质的量

加入甲的物质的量

y

甲的物质的量

平衡常数K

甲的转化率

生成物物质的量总和

 

②25℃时,往a mol·L1的甲的水溶液中滴加0.01 mol·L1乙溶液,当两种溶液等体积混合时,溶液呈中性(设温度不变)。滴加过程中溶液的导电能力       (填“增强”、“减弱”或“不变”);

所得混合溶液中A、D两种元素的物质的量的关系为:A      2D(填“大于”、“等于”或“小于”);甲中溶质的电离平衡常数Kb       (用含a的代数式表示)。