【題目】鐵、鋁等金屬單質(zhì)及其化合物在生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應用。

(1)金屬冶煉與處理常涉及氧化還原反應,由下列物質(zhì)冶煉相應金屬單質(zhì)時采用電解法的是_________。

a.Fe2O3 b.NaCl c.Cu2S d.Al2O3

(2)某研究性學習小組設計了如圖所示裝置探究鋼鐵的腐蝕與防護。

為防止金屬Fe被腐蝕,可以采用上述_______(填裝置序號)裝置原理進行防護;裝置中總反應的離子方程式為______________________________________________。

(3)利用甲醇(CH3OH)、氧氣組成燃料電池,電解質(zhì)溶液為堿性,電池工作時負極反應式為_____________

(4)氨氣也可作為燃料電池的燃料源制成高效率無污染的燃料電池系統(tǒng),總反應式為:(未配平),寫出此堿性燃料電池的負極反應式:_______。

(5)高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種強氧化劑,可作為水處理劑和高容量電池材料。與MnO2-Zn電池類似,K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池,K2FeO4在電池中作為正極材料,其電極反應式為_________________________

(6)科學家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池,其效率高無污染,多用于航天航空。如圖所示裝置中,以稀土金屬材料作惰性電極,在兩極上分別通入CH4和空氣,其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3ZrO3固體,它在高溫下能傳導陽極生成的O2-(O2+4e-=2O2-),d電極上的電極反應式為_____________________

【答案】 bd ②③ 2Cl2H2O2OHH2↑+Cl2 CH3OH6e8OHCO326H2O 2NH36e6OHN26H2O FeO423e4H2OFe(OH)3↓+5OH CH48e4O2CO22H2O

【解析】分析:(1)根據(jù)活潑性金屬一般采用電解法冶煉分析;

2)要防止金屬鐵被腐蝕,則需要將鐵作原電池的正極或電解池的陰極;惰性電極電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉,據(jù)此書寫總反應式;

3)甲醇在負極發(fā)生失去電子的氧化反應,結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫電極反應式;

4)氨氣在負極發(fā)生失去電子的氧化反應,結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫電極反應式;

5)高鐵酸鉀得到電子被還原為氫氧化鐵,結(jié)合電解質(zhì)溶液的性質(zhì)解答;

6)根據(jù)電流的方向判斷正負極,結(jié)合放電微粒書寫電極反應式。

詳解:(1a.鐵是較活潑的金屬,工業(yè)上利用還原劑還原Fe2O3冶煉金屬鐵,a錯誤;b.鈉是活潑的金屬,工業(yè)上通過電解熔融的NaCl冶煉金屬鈉,b正確;c.銅是不活潑的金屬,工業(yè)上通過Cu2S與氧氣在高溫下反應制備,即火法煉銅,c錯誤;d.鋁是活潑的金屬,工業(yè)上通過電解熔融的Al2O3冶煉金屬鋁,d正確。答案選bd;

2)①裝置是原電池,金屬性FeCu,鐵是負極,發(fā)生失去電子的氧化反應,鐵被腐蝕;②裝置是原電池,金屬性FeZn,鐵是正極,被保護;③裝置是電解池,鐵與電源的負極相連,作陰極,被保護,因此為防止金屬Fe被腐蝕,可以采用上述②③裝置原理進行防護;裝置③中電解飽和食鹽水,陽極氯離子放電,陰極氫離子放電,則總反應的離子方程式為2Cl2H2O2OHH2↑+Cl2↑。

3)原電池中負極發(fā)生失去電子的氧化反應,則甲醇在負極通入,由于電解質(zhì)溶液顯堿性,則電池工作時負極反應式為CH3OH6e8OHCO326H2O。

4)根據(jù)總反應式可判斷氨氣發(fā)生失去電子的氧化反應,氧化產(chǎn)物是氮氣,由于電解質(zhì)溶液顯堿性,則此堿性燃料電池的負極反應式為2NH36e6OHN26H2O

5K2FeO4在電池中作為正極材料,得到電子生成氫氧化鐵,由于電解質(zhì)溶液顯堿性,則其電極反應式為FeO423e4H2OFe(OH)3↓+5OH。

6)根據(jù)電流方向可知c電極是正極,b電極是負極。甲烷在負極發(fā)生失去電子的氧化反應,由于其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3ZrO3固體,它在高溫下能傳導陽極生成的O2-O2+4e-2O2-),因此d電極上的電極反應式為CH48e4O2CO22H2O。

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請回答下列問題:

I.(1第①步存在平衡:2CrO42(黃色)+2H+Cr2O72(橙色)+H2O,請寫出該反應的平衡常數(shù)表達式K= ______________。第①步反應的下列狀態(tài)一定達到平衡的是________

aCr2O72-CrO42-的濃度相同 b2v (Cr2O72-) = v (CrO42-) c.溶液的顏色保持不變

2常溫下,向100mL、0.1mol/LK2CrO4溶液加入1mol/L硫酸10mL,存在平衡:

2CrO42(黃色)+2H+Cr2O72(橙色)+H2O K=5×1014

若向上述溶液中加入濃KOH溶液,溶液的顏色由橙色漸變?yōu)辄S色,反應逆轉(zhuǎn):Cr2O72(橙色) +2OH2CrO42(黃色) +H2O

設該反應的平衡常數(shù)為K1,則K1=_______________。

II.為進一步研究初始pH和草酸濃度對第②步反應速率的影響,某學習小組設計對比實驗如下表:

實驗編號

初始pH

廢水樣品體積/mL

草酸溶液體積/mL

蒸餾水體積/mL

4

60

10

30

5

x

10

30

5

y

5

z

3實驗設計表中z=_______mL;

4實驗甲中0t1時間段反應速率v(Cr3+)=________mol/(L·min) (用含字母的代數(shù)式表示)。

5常溫下,第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡:Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH(aq),溶度積Ksp[Cr(OH)3]1×1032,要使c(Cr3+)不高于105mol/L,溶液的pH應調(diào)至___________。

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B.2
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B. X相連接是用電器標有“+”的接線柱

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(2)N的電極反應式為____________________________,通入甲烷的電極反應式為______________________________________________

(3)乙池總反應的化學方程式是_______________________________________________,

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