Question

3．全釩液流儲能電池是利用不同價態(tài)離子對的氧化還原反應來實現(xiàn)化學能和電能相互轉化的裝置，其原理如圖1所示．

①當左槽溶液逐漸由黃變藍，其電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O．
②充電過程中，右槽溶液顏色逐漸由綠色變?yōu)樽仙��?br />③放電過程中氫離子的作用是參與正極反應和通過交換膜定向移動使溶液成電中性；充電時若轉移的電子數(shù)為3.01×10²³個，左槽溶液中n（H⁺）的變化量為0.5mol．
（1）若負載是鍍銅的電鍍槽，則純銅應該連接左槽（填左或右）中的電極．
（2）若負載是用石墨作電極，3mol/L KCl和0.5mol/L Al₂（SO4）₃的混合溶液的電解池時，圖2電解變化的曲線合理的是AD

（3）電解法處理污水已經得到廣泛的應用．若負載是酸性介質中將有毒的Cr₂O₇^2-轉變?yōu)镃r³⁺的電解池．裝置如圖3所示，請用文字描述其工作原理

工作原理陽極的金屬鐵放電得到的亞鐵離子將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺．
（4）若負載是進行三電極法污水處理的電解池原理如圖4所示，增加的鐵電極的可能作用是產生促使污物聚沉的Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 ①左槽溶液逐漸由黃變藍，VO₂⁺轉變?yōu)閂O²⁺，發(fā)生還原反應，應為原電池的正極，
②充電過程中，右槽連接電源的負極，發(fā)生還原反應，為電解池的陰極，電極反應式為V³⁺+e^-=V²⁺，
③充電時，左槽發(fā)生的反應為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺當轉移電子為3.01×10²³個即為0.5 mol電子時，生成氫離子為0.5 mol；
（1）電鍍銅時銅為陽極，連接電源的正極；
（2）Al₂（SO₄）₃水解呈酸性，離子放電順序為H⁺＞Al³⁺＞Na⁺，Cl^-＞OH^-＞SO₄^2-，陽極依次發(fā)生：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，結合相關離子的物質的量解答該題；
（3）判斷電解池中Fe的陰陽極，然后分析其工作原理；
（4）C為電極時生成氯氣，F(xiàn)e為陽極時生成亞鐵離子，亞鐵離子與氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵被氯氣成氫氧化鐵，結合氫氧化鐵具有吸附性分析對污水的影響．

解答 解：①當左槽溶液逐漸由黃變藍，其電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，說明此時為原電池，且為原電池的正極，
故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；
②充電過程中，右槽連接的是電源負極，為電解池的陰極，電極反應式為V³⁺+e^-=V²⁺，V³⁺為綠色，V²⁺為紫色，
故可以看到右槽溶液顏色逐漸由綠色變?yōu)樽仙��?br />故答案為：綠；紫；
③放電過程中，電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，氫離子的作用是充電時，參與正極反應，通過交換膜定向移動使溶液成電中性；左槽發(fā)生的反應為VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，當轉移電子為3.01×10²³個即為0.5 mol電子時，生成氫離子為0.5mol，則氫離子變化0.5mol，
故答案為：參與正極反應；通過交換膜定向移動使溶液成電中性；0.5mol；
（1）若負載是鍍銅的電鍍槽，則純銅為陽極，應該連接電源的正極，即左槽，
故答案為：左；
（2）假設混合溶液的體積為1L，
則n（Cl^-）=0.3mol，n（Al³⁺）=0.1mol，
離子放電順序為H⁺＞Al³⁺＞Na⁺，Cl^-＞OH^-＞SO₄^2-，
陽極發(fā)生：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，Cl^-離子全部放電，失去0.3mol電子，
陰極反應為2H⁺+2e^-═H₂↑，得到0.3mol電子，生成0.3molOH^-，
發(fā)生Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，
剩余溶液為K₂SO₄，溶液呈中性，pH=7，
繼續(xù)電解，為電解水，溶液pH不變，沉淀不溶解，
所以圖2電解變化的曲線合理的是AD，
故答案為：AD；
（3）鐵電極連接原電池的正極，為電解池的陽極，則鐵失去電子生成亞鐵離子，亞鐵離子將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，發(fā)生反應為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：陽極的金屬鐵放電得到的亞鐵離子將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺；
（4）根據(jù)圖示可知，陽極為C時生成氯氣，陽極為Fe時溶液中產生亞鐵離子，亞鐵離子與氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被氯氣氧化成氫氧化鐵，氫氧化鐵具有很強吸附性，可以凈水，
故答案為：產生促使污物聚沉的Fe（OH）₃．

點評 本題考查原電池和電解池的知識，較為綜合，題目難度中等，做題時注意利用守恒的思考去解答，同時注意電極反應式的書寫方法，試題培養(yǎng)了學生的靈活應用能力．