Question

3．全釩液流儲(chǔ)能電池是利用不同價(jià)態(tài)離子對(duì)的氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，其原理如圖1所示．

①當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，其電極反應(yīng)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(yīng)和通過交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性；充電時(shí)若轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為3.01×10²³個(gè)，左槽溶液中n（H⁺）的變化量為0.5mol．
（1）若負(fù)載是鍍銅的電鍍槽，則純銅應(yīng)該連接左槽（填左或右）中的電極．
（2）若負(fù)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(shí)，圖2電解變化的曲線合理的是AD

（3）電解法處理污水已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用．若負(fù)載是酸性介質(zhì)中將有毒的Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)變?yōu)镃r³⁺的電解池．裝置如圖3所示，請(qǐng)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(fù)載是進(jìn)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(chǎn)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(lán)，VO₂⁺轉(zhuǎn)變?yōu)閂O²⁺，發(fā)生還原反應(yīng)，應(yīng)為原電池的正極，
②充電過程中，右槽連接電源的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，為電解池的陰極，電極反應(yīng)式為V³⁺+e^-=V²⁺，
③充電時(shí)，左槽發(fā)生的反應(yīng)為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺當(dāng)轉(zhuǎn)移電子為3.01×10²³個(gè)即為0.5 mol電子時(shí)，生成氫離子為0.5 mol；
（1）電鍍銅時(shí)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?yàn)镠⁺＞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(jié)合相關(guān)離子的物質(zhì)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(shí)生成氯氣，F(xiàn)e為陽極時(shí)生成亞鐵離子，亞鐵離子與氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵被氯氣成氫氧化鐵，結(jié)合氫氧化鐵具有吸附性分析對(duì)污水的影響．

解答 解：①當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，其電極反應(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，說明此時(shí)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(fù)極，為電解池的陰極，電極反應(yīng)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(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，氫離子的作用是充電時(shí)，參與正極反應(yīng)，通過交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性；左槽發(fā)生的反應(yīng)為VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子為3.01×10²³個(gè)即為0.5 mol電子時(shí)，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(yīng)；通過交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性；0.5mol；
（1）若負(fù)載是鍍銅的電鍍槽，則純銅為陽極，應(yīng)該連接電源的正極，即左槽，
故答案為：左；
（2）假設(shè)混合溶液的體積為1L，
則n（Cl^-）=0.3mol，n（Al³⁺）=0.1mol，
離子放電順序?yàn)镠⁺＞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(yīng)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(yīng)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(shí)生成氯氣，陽極為Fe時(shí)溶液中產(chǎn)生亞鐵離子，亞鐵離子與氫氧根離子反應(yīng)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(qiáng)吸附性，可以凈水，
故答案為：產(chǎn)生促使污物聚沉的Fe（OH）₃．

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