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        1. 【題目】K2Cr2O7是一種有致癌性的強氧化劑,Cr2O72—的酸性工業(yè)廢水必須經(jīng)過處理才能排放。工業(yè)上通常采用Fe電極電解法處理,調(diào)節(jié)pH值使之以Cr(OH)3沉淀形式除去。某化學興趣小組在實驗室里探究了該處理工藝,具體實驗日志如下:

          I.原理探查

          查閱文獻發(fā)現(xiàn),電解時陽極產(chǎn)生Fe2+,在陰極附近(如圖),Cr2O72—Fe2+還原成Cr3+,而Fe3+則在陰極表面還原為Fe2+,如此循環(huán)。

          (1)用離子方程式表示Cr2O72—Fe2+的反應:______________________________。

          II.實驗探究

          實驗一:探究不同電壓對Cr2O72-降解效率的影響

          各取6100 mL 1 mol/L 酸性K2Cr2O7溶液,均以Fe為電極,分別用不同電壓電解5 min。取電解后溶液10 mL,測定Cr2O72-的含量,所測溶液中Cr2O72-物質(zhì)的量與電解電壓關(guān)系如下圖所示。(假設(shè)電解前后溶液體積不變)

          (2)實驗結(jié)果顯示,最佳電解電壓應選擇_______V。

          (3)電壓為6 V時,用Cr2O72-表示5 min內(nèi)平均反應速率為_________mol·L—1·min—1。

          (4)當電壓高于3 V時,陰陽兩極在電解過程中不斷有氣泡產(chǎn)生,且測得體積比約等于2:1。因此,陽極產(chǎn)生氣泡的電極反應式為:__________________________________

          實驗二:探究其他影響Cr2O72-降解效率的因素

          1A電流電解500mL K2Cr2O7稀溶液,通電時間30min,考察影響Cr2O72-降解效率的其他因素。具體方法和數(shù)據(jù)如下表所示。

          實驗組

          加入硫酸鐵 /g

          0

          0

          5.0

          0

          加入濃硫酸 /mL

          0

          1.0

          1.0

          1.0

          電極材料

          陰極

          石墨

          石墨

          石墨

          石墨

          陽極

          石墨

          石墨

          石墨

          Cr2O72-濃度

          / mol·L-1

          初始

          0.00651

          0.00651

          0.00651

          0.00651

          結(jié)束

          0.00645

          0.00568

          0.00516

          0.00278

          (5)以上實驗中,Cr2O72-降解效率最高的是實驗組_____(填編號),該實驗組陽極電極反應式為:__________________________________

          (6)對比②和③,Cr2O72-降解效率③②的原因是:__________________________。

          (7)由實驗組①和②,可認為Cr2O72-能直接在陰極放電還原,電極反應式為:__________________________________。

          (8)法拉第提出了電解定律,為電化學的發(fā)展作出了巨大貢獻。根據(jù)法拉第電解定律: Q=It=n(e-)F,[I為電流強度單位為A,t為時間單位為s,n(e-)為通過電路的電子的物質(zhì)的量,F為法拉第常數(shù)(每摩電子電量,F=96500 C·mol-1)],則實驗組②中的電流效率______________。(保留三位有效數(shù)字;假設(shè)電解前后溶液體積不變,且沒有副反應發(fā)生。)

          【答案】6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+= 6Fe3+ + 2 Cr3+ + 7H2O 2(或2 V) 0.001 mol·L—1·min—1 2H2O — 4e= O2↑ + 4H+ (或4OH— 4e= O2↑ + 2H2O Fe - 2e = Fe2+ Fe3+在陰極放電產(chǎn)生Fe2+,c(Fe2+)Cr2O72-反應,提高Cr2O72-降解效率 (或其他合理答案) 14H++ Cr2O72- +6e=2Cr3++7H2O 13.3%

          【解析】

          I.(1) Cr2O72—Fe2+反應生成Fe3+ Cr3+,由電子守恒及電荷守恒可得反應的離子方程式。

          II. (2)由圖可知,電解電壓為2V,Cr2O72-的物質(zhì)的量最小,所以最佳電解電壓應選擇2 V

          (3) 根據(jù)v=計算平均反應速率。

          (4)當電壓高于3 V時,陰陽兩極在電解過程中不斷有氣泡產(chǎn)生,且測得體積比約等于2:1。則為電解水。

          (5)通過對比表格中4組實驗數(shù)據(jù)可知,第④實驗結(jié)束時Cr2O72-濃度最小,說明降解效率最高的是實驗組④組,④組陽極材料為活性電極Fe,則電極反應式為:Fe 2e = Fe2+。

          (6)對比②和③,其他條件都相同,組加入了5.0g的硫酸鐵,說明硫酸鐵對Cr2O72-降解起了作用,原因是Fe3+在陰極放電產(chǎn)生Fe2+,c(Fe2+)Cr2O72-反應,提高Cr2O72-降解效率,

          (7)由實驗組①和②,都用石墨作電極,Cr2O72-直接在陰極放電還原,根據(jù)電子守恒寫出電極反應式。

          (8) 由表格數(shù)據(jù)求出實驗組②中生成產(chǎn)物的電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量,再根據(jù) Q=It=n(e-)F,計算出電路中提供的電子的物質(zhì)的量,即可求出電流效率。

          I.(1) Cr2O72—Fe2+反應生成Fe3+ Cr3+,由電子守恒及電荷守恒可得,反應的離子方程式為:6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3+ + 2 Cr3+ + 7H2O。

          故答案為6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3+ + 2 Cr3+ + 7H2O。

          II. (2)由圖可知,電解電壓為2V,Cr2O72-的物質(zhì)的量最小,所以最佳電解電壓應選擇2 V。

          故答案為:2。

          (3) 由圖可知,電壓為6 V時,100mL溶液中含Cr2O72-的物質(zhì)的量為9.95×10-3mol×=9.95×10-2mol,電解后溶液體積不變?yōu)?00mL,則用Cr2O72-表示5 min內(nèi)平均反應速率為=0.001mol·L—1·min—1

          故答案為0.001mol·L—1·min—1。

          (4)當電壓高于3 V時,陰陽兩極在電解過程中不斷有氣泡產(chǎn)生,且測得體積比約等于2:1。則為電解水,陽極是水失電子生成氧氣,電極反應式為:2H2O — 4e= O2↑ + 4H+ (或4OH— 4e= O2↑ + 2H2O),

          故答案為:2H2O — 4e= O2↑ + 4H+ (或4OH— 4e= O2↑ + 2H2O)。

          (5)通過對比表格中4組實驗數(shù)據(jù)可知,第④實驗結(jié)束時Cr2O72-濃度最小,說明降解效率最高的是實驗組④組,④組陽極材料為活性電極Fe,則電極反應式為:Fe 2e = Fe2+。

          故答案為④;Fe2e = Fe2+。

          (6)對比②和③,其他條件都相同,組加入了5.0g的硫酸鐵,說明硫酸鐵對Cr2O72-降解起了作用,原因是Fe3+在陰極放電產(chǎn)生Fe2+,c(Fe2+)Cr2O72-反應,提高Cr2O72-降解效率,

          故答案為:Fe3+在陰極放電產(chǎn)生Fe2+,c(Fe)Cr2O72-反應,提高Cr2O72-降解效率 (或其他合理答案)。

          (7)由實驗組①和②,都用石墨作電極,Cr2O72-直接在陰極放電還原,生成Cr3+,電極反應式為:14H++ Cr2O72- +6e=2Cr3++7H2O。

          故答案為:14H++ Cr2O72- +6e=2Cr3++7H2O。

          (8) 由表格數(shù)據(jù)可知實驗組②中,反應的Cr2O72- 的物質(zhì)的量為:(0.00651mol/L×0.5L-0.00568mol/L×0.5L)=4.15×10-4mol,由電極反應式知轉(zhuǎn)移電子4.15×10-4mol×6=2.49×10-3mol

          根據(jù) Q=It=n(e-)F,電路中提供的電子的物質(zhì)的量為n(e-)==0.0187mol,

          則實驗組②中的電流效率×100%=13.3%。

          故答案為:13.3%。

          練習冊系列答案
          相關(guān)習題

          科目:高中化學 來源: 題型:

          【題目】CH4、CH3OH既是重要的化工原料,又是未來重要的能源物質(zhì)。

          (1)將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g) 通入容積為2L的反應室,在一定條件下發(fā)生反應CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),測得在5 min時達到平衡,CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為40%。則0~5 min內(nèi),用H2O表示該反應的平均反應速率為_________。

          (2)一定條件下,將1.0 mol CH4與2.0 mol H2O(g)充入密閉容器中發(fā)生反應CH4(g)+H2O(g) CH3OH(g)+H2(g),下列措施可以提高化學反應速率的是___________(填選項序號)。

          a.恒容條件下充入He b.增大體積

          c.升高溫度 d.投入更多的H2O(g)

          (3)在恒容條件下進行反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),則下列實驗事實可以作為判斷該反應達到平衡狀態(tài)標志的是___________(填選項序號)。

          a.消耗1 mol CO2同時生成1 mol CH3OH b.容器內(nèi)壓強保持不變

          c.混合氣體的密度保持不變 d.CH3OH(g)的濃度保持不變

          (4)以KOH為電解質(zhì)的甲醇-空氣燃料電池是一種高效、輕污染的車載電池,其工作原理如圖。 回答下列問題:

          ①該原電池的正極是____(填“甲”或“乙”),電解過程中乙電極附近pH____(填“增大”或“減小”);

          ②負極的電極反應式________________________________。

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          科目:高中化學 來源: 題型:

          【題目】下列關(guān)于圖裝置的說法正確的是

          A. 若斷開K1關(guān)閉K2,X為石墨,YFe,Z是海水,則該裝置可用于保護Fe。

          B. 若斷開K1關(guān)閉K2,X是鐵棒,Y是純銅,ZCuSO4溶液,則該裝置可用于在鐵棒上鍍銅。

          C. 若斷開K2關(guān)閉K1,XMg,YFe,Z是溶有氧氣的NaCl溶液,則XY之間有Fe(OH) 2沉淀生成。

          D. 若斷開K2關(guān)閉K1,XSn,YFe,Z是含有酚酞的海水,則鐵電極附近溶液變紅色。

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          科目:高中化學 來源: 題型:

          【題目】某同學用下列裝置進行有關(guān)Cl2的實驗。下列說法不正確的是

          A. 圖中:實驗現(xiàn)象證明氯氣無漂白作用,氯水有漂白作用

          B. 圖中:聞Cl2的氣味

          C. 圖中:生成棕黃色的煙

          D. 圖中:若氣球干癟,證明Cl2可與NaOH反應

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          科目:高中化學 來源: 題型:

          【題目】E是一種環(huán)保型塑料,其合成路線如下:

          已知:①

          (R1、R2、R3、R為烴基)

          請回答下列問題:

          (1)A中官能團的名稱是____________,檢驗該官能團的試劑為___________________。

          (2)反應①的化學方程式是:______________________________,其反應類型為________________,在反應①中,還可以得到另一種分子式為C10H16的化合物,其結(jié)構(gòu)簡式為___________________

          (3)已知,名稱為丙酮酸,則C的系統(tǒng)命名法命名應為____________________。

          (4)寫出反應④的化學方程式:______________________________。

          (5)C的同分異構(gòu)體X滿足下列條件:

          ①常溫下,與碳酸鈉溶液反應放出氣體;

          ②能發(fā)生銀鏡反應。則符合條件的X共有________種。其核磁共振氫譜共有四組峰且峰面積之比為1∶1∶2∶2,則X的結(jié)構(gòu)簡式為________________。

          (6)參照E的上述合成路線,設(shè)計一條由4一甲基一3一戊酮酸為起始原料制備的合成路線(無機試劑任選)_________________________________________。

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          科目:高中化學 來源: 題型:

          【題目】下列變化過程屬于非氧化還原反應的是

          A. 濃鹽酸Cl2 B. Cl2NaClO

          C. 濃硫酸SO2 D. SiO2 Si

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          科目:高中化學 來源: 題型:

          【題目】某小組利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反應來探究外界條件對化學反應速率的影響,進行了如下實驗:

          實驗編號

          0.01molL1

          酸性KMnO4溶液

          0.1molL1

          H2C2O4溶液

          某種物質(zhì)

          反應溫度/

          反應時間(min)

          2ml

          2ml

          0

          0

          20

          2.1

          V1ml

          2ml

          1ml

          0

          20

          5.5

          V2 ml

          2ml

          0

          0

          50

          0.5

          2ml

          2ml

          0

          少量

          20

          0.2

          請回答:

          (1)已知KMnO4酸性溶液與H2C2O4溶液反應有CO2生成,用化學程式表示該實驗的實驗原理:__________________________________________________________________。

          (2)實驗計時方法是從溶液混合開始記時,至_________________時記時結(jié)束。

          (3)V1=_____,V2=_____;設(shè)計實驗Ⅰ、Ⅲ的目的是______________________________。

          (4)利用實驗Ⅲ中數(shù)據(jù)計算,用KMnO4的濃度變化表示的反應速率為v(KMnO4)=________。

          (5)有同學在實驗中發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀酸性溶液和草酸溶液反應時,開始一段時間反應速率較慢,溶液褪色不明顯;但不久突然褪色,反應速率明顯加快。某同學認為是放熱導致溶液溫度升高所致,重做Ⅰ號實驗,測定過程中溶液不同時間的溫度,結(jié)果溫度沒有明顯變化。由此你得出的結(jié)論是:

          ________不是反應速率突然加快的原因;

          ②可能是反應產(chǎn)物有催化作用。Ⅳ號實驗是為驗證你的猜測,實驗中要加入的少量某種物質(zhì)是___________。

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          科目:高中化學 來源: 題型:

          【題目】一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當電池放電時,O2Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x、(x01),下列說法正確的是

          A. 多孔碳材料電極為負極

          B. 外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極

          C. Li+向多孔碳材料區(qū)遷移

          D. x=0時,正極反應式為:2Li+O24e-Li2O2

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          科目:高中化學 來源: 題型:

          【題目】金屬的腐蝕每年都造成很大的經(jīng)濟損失。回答下列問題。

          (1)海邊的鐵制品比較容易生銹,是因為鐵制品中含有 元素,和鐵形成 ,發(fā)生吸氧腐蝕,其電極反應為:正極:O2+2H2O+4e-=4OH-,

          負極: ;請寫出兩種金屬防護的方法 。

          (2)某小組對鐵生銹進行研究,已知堿石灰有強的吸水性。

          經(jīng)過較長時間后,上述圖中的鐵釘最容易生銹的是 (填編號)

          在鐵釘?shù)匿P蝕過程中,F(xiàn)e發(fā)生了 (填“氧化”或“還原”)反應

          由此實驗可知,鐵生銹的外部條件是

          為了防止鐵釘生銹,該同學想在鐵釘表面鍍上一層金屬,最好是

          A.錫 B.銅 C.鋅

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