Question

(14分)某含鉻的污水可用下圖所示裝置處理，該裝置可將污水中的Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺。

（1）圖中左右兩個裝置中，    （填“左”或“右”）裝置為電解池。電源中負極的活性物質為          (填化學式)；電源中兩電極間，帶負電荷的離子運動的方向為          （填“從左至右”或“從右到左”），該離子為        (填化學式)。
（2）請寫出陽極上的電極反應式及Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺的離子方程式分別是：
                         、                                           。
（3）為保證正常工作，圖中A物質必須循環使用，其化學式為：            。
（4）鑭系元素均為稀土元素（常用作電極）位于元素周期表第六周期，該周期元素形成的氫氧化物中堿性最強的為       （填寫化學式）。鈰（Ce）有兩種氫氧化物Ce(OH)₃和Ce(OH)₄，前者對空氣比較敏感，請用化學方程式表示其原因               。

Answer 1

（14分）
⑴左(2’)。CH₄(1’)；從右到左(2’)，CO₃^2-(1’)
⑵Fe-2e^-=Fe²⁺(2’)、6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+11H₂O=6Fe(OH)₃↓+2Cr³⁺+4H⁺(2’)
⑶CO₂(1’)
⑷CsOH(1’)。4Ce(OH)₃+O₂+2H₂O=4Ce(OH)₄(2’)

試題分析：（1）有外加電源時為電解池，左裝置有外加電源屬于電解池；沒外加電源為原電池，右裝置沒有外加電源為CH₄燃料電池；甲烷燃料電池中，通甲烷的一端為負極，負極發生氧化反應，甲烷失去電子，在堿性條件下生成碳酸根離子，負極反應為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，電源中兩電極間，帶負電荷的CO₃^2-離子向原電池的負極移動，所以運動的方向為從右到左．
（2）陽極活性電極鐵，鐵失去電子，電極方程式為：Fe-2e^-=Fe²⁺；二價鐵離子有還原性，Cr₂O₇^2-有強氧化性，二者能發生氧化還原反應，二價鐵離子被氧化成三價鐵離子，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，反應方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O。
（3）制備中利用的原料，在轉化過程中又生成的可以循環利用；由轉化關系圖知，通入氧氣的一極為原電池的正極，其電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，同時負極發生氧化反應，甲烷失去電子，在堿性條件下生成碳酸根離子，負極反應為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，即A為CO₂，同時可以判定CO₂可以循環利用。
（4）同周期元素從左到右元素的金屬性逐漸減弱，C_S是元素周期表第六周期第ⅠA族元素，所以元素的金屬性最強的是C_S，氫氧化物中堿性最強的為CsOH，Ce（OH）₃和Ce（OH）₄中Ce的化合價分別為+3和+4，Ce（OH）₃易被氧氣氧化成Ce（OH）₄，反應為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，空氣中含有水蒸氣和氧氣，所以Ce（OH）₃對空氣比較敏感。