【題目】含鉻(Ⅵ)廢水能誘發(fā)致癌,對(duì)人類(lèi)和自然環(huán)境有嚴(yán)重的破壞作用。利用Cu2O光催化可以處理含有Cr2O72-的廢水。
Ⅰ.制取Cu2O
(1)電解法:利用銅和鈦?zhàn)鲭姌O,電解含有NaCl和NaOH的溶液時(shí),反應(yīng)只消耗了銅和水,體系pH及Cl-濃度維持不變(溶液體積變化忽略不計(jì))。
①陽(yáng)極材料是_________。
②陰極的電極反應(yīng)式是_________;電解總反應(yīng)為:_________。
(2)還原法
①工業(yè)上可用肼(N2H4)與新制的Cu(OH)2反應(yīng)制備納米級(jí)Cu2O,同時(shí)放出N2,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。
②控制100℃、pH=5的條件時(shí),利用亞硫酸鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)可以制得Cu2O,同時(shí)產(chǎn)生SO2氣體。反應(yīng)過(guò)程中需要不斷地加入燒堿,其原因是_________。
Ⅱ.利用Cu2O光催化處理含有Cr2O72-的廢水的研究。
(1)光照射到Cu2O光催化劑上產(chǎn)生光催化反應(yīng),Cr2O72-和H2O分別在光催化反應(yīng)中形成的微電極上發(fā)生電極反應(yīng),反應(yīng)原理如下圖所示。
在圖中用短線和箭頭畫(huà)出電子移動(dòng)的方向,寫(xiě)出Cr2O72-轉(zhuǎn)化Cr3+的電極反應(yīng)_________。
(2)研究中對(duì)Cu2O的作用提出兩種假設(shè):
a.Cu2O作光催化劑;b.Cu2O 與Cr2O72-發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
已知:Cu2O的添加量是1.74×10-4 mol/L,Cr2O72-的初始濃度是9.60×10-4 mol/L;對(duì)比實(shí)驗(yàn),反應(yīng)1.5小時(shí)結(jié)果如下圖所示。結(jié)合試劑用量數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得到的結(jié)論和依據(jù)是_______。
(3)溶液的pH對(duì)Cr2O72-降解率的影響如下圖所示。
已知:Cu2O Cu +CuSO4;酸性越大,Cr2O72-被還原率越大。
①由上圖可知,pH分別為2、3、4時(shí),Cr2O72-的降解率最好的是_________,其原因是_________。
②已知pH=5時(shí),會(huì)產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀。pH=5時(shí),Cr2O72-的降解率低的原因是_______。
【答案】(11分)
Ⅰ、(1)①Cu;②2H2O+2e-=H2↑+2OH—;2Cu+H2OH2↑+Cu2O;
(2)①N2H4+4Cu(OH)2=2Cu2O+N2↑+6H2O;②2CuSO4+3Na2SO3=Cu2O+2SO2↑+3Na2SO4
反應(yīng)過(guò)程中溶液的酸性不斷地增強(qiáng),為調(diào)節(jié)pH所以需要加入燒堿;
Ⅱ.(1);Cr2O72—+14H++6e-=2Cr3++ 7H2O;
(2)Cu2O作光催化劑。若發(fā)生氧化還原反應(yīng),則存在比例: 3Cu2O—Cr2O72-,計(jì)算9.60 × 10-4 × 3 × 69.5% = 2.00 × 10-3 > 1.74 × 10-4 mol/L;實(shí)驗(yàn)可以看到只有氧化亞銅和只有光照時(shí),Cr2O72-的轉(zhuǎn)化率很低,說(shuō)明反應(yīng)條件是光照條件下和Cu2O同時(shí)存在;
(3)①3pH<2.5時(shí)Cu2O會(huì)歧化(轉(zhuǎn)化)為Cu 和Cu2+,所以不選pH=2;酸性越大,Cr2O72-被還原率越大,pH=3酸性強(qiáng)于pH=4的溶液,所以選擇pH=3;②pH=5時(shí),會(huì)產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀,沉淀覆蓋在催化劑Cu2O表面,影響反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行;
【解析】
試題分析:Ⅰ.(1)①電解含有NaCl和NaOH的溶液時(shí),反應(yīng)只消耗了銅和水,因此需要選用銅做陽(yáng)極,故答案為:Cu;
②陰極水電離出的氫離子放電生成氫氣,電極反應(yīng)式為2H2O +2e-=H2↑+ 2OH—;根據(jù)題意,陽(yáng)極銅溶解生成Cu2O,電解總反應(yīng)為2Cu +H2O H2↑+ Cu2O,故答案為:2H2O +2e-=H2↑+ 2OH—;2Cu +H2O H2↑+ Cu2O;
(2)①工業(yè)上可用肼(N2H4)與新制的Cu(OH)2反應(yīng)制備納米級(jí)Cu2O,同時(shí)放出N2,反應(yīng)的化學(xué)方程式為N2H4+4Cu(OH)2=2Cu2O + N2↑+ 6H2O,故答案為:N2H4+4Cu(OH)2=2Cu2O + N2↑+ 6H2O;
②控制100℃、pH=5的條件時(shí),利用亞硫酸鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)可以制得Cu2O,同時(shí)產(chǎn)生SO2氣體,反應(yīng)的方程式為2CuSO4+3Na2SO3= Cu2O +2SO2↑+ 3Na2SO4,反應(yīng)過(guò)程中溶液的酸性不斷地增強(qiáng),為調(diào)節(jié)pH所以需要加入燒堿,故答案為:2CuSO4+3Na2SO3= Cu2O +2SO2↑+ 3Na2SO4反應(yīng)過(guò)程中溶液的酸性不斷地增強(qiáng),為調(diào)節(jié)pH所以需要加入燒堿;
Ⅱ.(1)根據(jù)圖示,水失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣,Cr2O72-得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Cr3+,圖示為:,Cr2O72-轉(zhuǎn)化Cr3+的電極反應(yīng)式為Cr2O72—+14H++6e-=2Cr3++ 7H2O,故答案為:;Cr2O72—+14H++6e-=2Cr3++ 7H2O;
(2)根據(jù)圖像,只有光照時(shí),Cr2O72-的濃度不降低,只有Cu2O時(shí),Cr2O72-的濃度降低很少,而二者同時(shí)存在時(shí),Cr2O72-的濃度降低很大,說(shuō)明Cu2O是光催化劑;同時(shí),根據(jù)得失電子守恒,若Cu2O與Cr2O72-發(fā)生氧化還原反應(yīng),則有3Cu2O—Cr2O72-,計(jì)算得:9.60×10-4×3×69.5%=2.00×10-3>1.74×10-4mol/L,進(jìn)一步說(shuō)明,Cu2O作光催化劑,反應(yīng)的條件是光照條件下和Cu2O同時(shí)存在,故答案為:Cu2O作光催化劑。若發(fā)生氧化還原反應(yīng),則存在3Cu2O—Cr2O72-比例關(guān)系:計(jì)算9.60×10-4×3×69.5%=2.00×10-3>1.74×10-4mol/L;實(shí)驗(yàn)可以看到只有氧化亞銅和只有光照時(shí),Cr2O72-的轉(zhuǎn)化率很低,說(shuō)明反應(yīng)條件是光照條件下和Cu2O同時(shí)存在;
(3)①由上圖可知,Cr2O72-的降解率最好的是3,原因是pH<2.5時(shí)Cu2O會(huì)歧化(轉(zhuǎn)化)為Cu 和Cu2+,所以不選pH=2;酸性越大,Cr2O72-被還原率越大,pH=3酸性強(qiáng)于pH=4的溶液,所以選擇pH=3;,故答案為:3;pH<2.5時(shí)Cu2O會(huì)歧化(轉(zhuǎn)化)為Cu 和Cu2+,所以不選pH=2;酸性越大,Cr2O72-被還原率越大,pH=3酸性強(qiáng)于pH=4的溶液,所以選擇pH=3;
②pH=5時(shí),會(huì)產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀,沉淀覆蓋在催化劑Cu2O表面,影響反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,使得Cr2O72-的降解率低,故答案為:pH=5時(shí),會(huì)產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀,沉淀覆蓋在催化劑Cu2O表面,影響反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】現(xiàn)有下列物質(zhì):CO2、N2、CaCl2、NH4Cl、NaOH、H2O2、Na2O2。
(1)屬于共價(jià)化合物的有_______________,含有非極性鍵的離子化合物的是__________。
(2)N2、CO2的結(jié)構(gòu)式分別為________________、_________________。
(3)分別寫(xiě)出NaOH、H2O2、Na2O2的電子式:_______________、_____________、______________。
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【題目】關(guān)于下圖所示兩個(gè)裝置的敘述中不正確的是
A.c(H+)濃度變化:①減小,②減小
B. 裝置名稱:①是電解池,②是原電池
C.離子移動(dòng)方向:①中H+向陰極方向移動(dòng),②中H+向正極方向移動(dòng)
D. 電極反應(yīng)式:①中陽(yáng)極:2H2O-4e-=4H++O2↑,②中負(fù)極中
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【題目】取x g銅鎂合金完全溶于濃硝酸中,反應(yīng)過(guò)程中硝酸被還原只產(chǎn)生8 960 mL的NO2氣體和672 mL N2O4的氣體(都已折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),在反應(yīng)后的溶液中加足量的氫氧化鈉溶液,生成沉淀質(zhì)量為17.02 g。則x等于( )
A. 8.64 g B. 9.20 g
C. 9.00 g D. 9.44 g
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【題目】在Fe(NO3)3和Cu(NO3)2的混合液中逐漸加入鐵粉,溶液中Fe2+的物質(zhì)的量濃度和加入鐵粉的物質(zhì)的量之間關(guān)系如圖所示,則該溶液中Fe(NO3)3與Cu(NO3)2的物質(zhì)的量濃度之比為
A.3∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶1
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】下列關(guān)于有機(jī)化合物的說(shuō)法不正確的是 ( )
A. 二氯丙烷與六氯丙烷均有四種
B. C2H6和C6 H14一定互為同系物
C. 石油裂解和油脂皂化均是由高分子物質(zhì)生成小分子物質(zhì)的過(guò)程
D. 乙酸的酯化反應(yīng)和蛋白質(zhì)的水解反應(yīng)均屬于取代反應(yīng)
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。如圖表示一個(gè)電解池,裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板,通過(guò)導(dǎo)線與直流電源相連。請(qǐng)回答以下問(wèn)題。
若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí),同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞溶液,則:
(1)電解池中X極上的電極反應(yīng)式是 ,在X極附近觀察到的現(xiàn)象是 。
(2)Y電極上的電極反應(yīng)式是 ,檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是 。
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【題目】居室空氣污染的主要來(lái)源之一是人們使用的裝飾材料、膠合板、內(nèi)墻涂料會(huì)釋放出一種刺激性氣味的物質(zhì),該物質(zhì)是( )
A.甲烷 B.甲醛 C.氨氣 D.二氧化硫
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】下列配合物的水溶液中加入硝酸銀不能生成沉淀的是
A. [Co(NH3)4Cl2] Cl
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