Question

3．SO₂、CO、CO₂、NO_x是對環(huán)境影響較大的幾種氣體，對它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑．
（1）利用電化學原理將CO、SO₂轉(zhuǎn)化為重要化工原料，裝置如圖1所示：
①若A為CO，B為H₂，C為CH₃OH，則通入CO的一極為正極，該極的電極反應式為CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH．
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負極的電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
③若A為NH₃，B為O₂，C為HNO₃，則正極的電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O．
④若用上述①作電池電解200mL含有0.1mol•L^-1 NaCl和0.1mol•L^-1 CuSO₄的混合溶液（電極均為惰性電極），當消耗標況下0.448L H₂時，陽極產(chǎn)生的氣體為Cl₂、O₂（填化學式），其物質(zhì)的量為0.01mol、0.005mol，溶液的pH=1（忽略銅離子水解，假設電解前后溶液體積不變）．
（2）根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖2裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，圖2中右側電極連接電源的正極，其電極反應式為4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①燃料電池中，通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負極，該反應中C元素化合價由+2價變?yōu)?2價、H元素化合價由0價變?yōu)?1價，所以CO是氧化劑；
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，負極上二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子；
③若A為NH₃，B為O₂，C為HNO₃，則正極發(fā)生還原反應；
④由離子放電順序可知，電解含有0.02molCuSO₄和0.02molNaCl的混合溶液200ml，陽極上氯離子和氫氧根離子放電生成氯氣和氧氣，2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極上銅離子得電子；
（2）根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過電解電解消耗OH^-提高溶液的酸性，說明在該電極是陽極，連接電源的正極，電極反應式為4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O．

解答 解：（1）①燃料電池中，通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負極，該反應中C元素化合價由+2價變?yōu)?2價、H元素化合價由0價變?yōu)?1價，所以CO是氧化劑，則通入CO的電極為正極，電極方程式為CO+4 e^-+4H⁺=CH₃OH，
故答案為：正；CO+4 e^-+4H⁺=CH₃OH；
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，負極上二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
③若A為NH₃，B為O₂，C為HNO₃，則正極發(fā)生還原反應，氧氣得電子生成水，電極方程式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
④計算得到，電解含有0.02mol CuSO₄和0.02molNaCl的混合溶液200mL，當消耗標況下0.448L H₂時，n（H₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，
則電路中轉(zhuǎn)移了0.04mol e^-，依據(jù)電極反應和電子守恒分析判斷：
陽極：2Cl^--2e  ^-=Cl₂↑，
   0.02mol  0.02mol  0.01mol
      4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
0.02mol  0.02mol   0.005mol
陰極：Cu²⁺+2e^-=Cu   
    0.02mol   0.02mol    
陽極氫氧根離子減少0.02mol，則溶液中氫離子增加0.02mol，溶液中氫離子濃度=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，溶液PH=1，
故答案為：Cl₂、O₂，0.01mol、0.005mol；1；
（2）根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過電解消耗OH^-，提高溶液的酸性，說明在該電極是陽極，連接電源的正極，電極反應式為4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，故答案為：正；4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O．

點評 本題考查原電池設計、燃料電池等知識點，會根據(jù)電池反應式確定正負極及電解質(zhì)，發(fā)生氧化反應的金屬作負極、不如負極材料活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，發(fā)生還原反應的電解質(zhì)為原電池中電解質(zhì)，會正確書寫電極反應式，為高考高頻點．