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11.利用电化学原理,将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池,模拟工业电解法来处理含Cr2O72-废水,如图所示;电解过程中溶液发生反应:Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O

(1)甲池工作时,NO2转变成绿色硝化剂Y,Y是N2O5,可循环使用.则石墨Ⅱ是电池的正极;石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为NO2+NO3--e-=N2O5.
(2)工作时,甲池内的NO3-离子向石墨Ⅰ极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”);在相同条件下,消耗的O2和NO2的体积比为1:4.
(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为Fe-2e-=Fe2+.
(4)若溶液中减少了0.01mol Cr2O72-,则电路中至少转移了0.12mol电子.
(5)向完全还原为Cr3+的乙池工业废水中滴加NaOH溶液,可将铬以Cr(OH)3沉淀的形式除去,已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡:Cr(OH)3(s)═Cr3+(aq)+3OH-(aq),常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)•c3(OH-)=1.0×10-32,要使c(Cr3+)降至10-5mol•L-1,溶液的pH应调至5.

分析 (1)甲池工作时,NO2转变成N2O5,说明氮元素的化合价升高,石墨Ⅰ为负极,电极反应式为NO2+NO3--e-=N2O5,石墨Ⅱ为正极;
(2)石墨Ⅰ为负极,原电池中阴离子向负极移动,根据得失电子守恒知,O2和NO2的体积比;
(3)由于石墨Ⅰ为负极,故Fe(Ⅰ)为阳极,铁失去电子生成亚铁离子;
(4)Fe(Ⅱ)为阴极,根据0.01mol Cr2O72-,转变为三价铬离子计算转移的电子;
(5)根据Ksp=c(Cr3+)•c3(OH-)=1.0×10-32,要使c(Cr3+)降至10-5mol•L-1,计算氢氧根离子的浓度,再计算氢离子的浓度,从而求pH.

解答 解:(1)甲池工作时,NO2转变成N2O5,说明氮元素的化合价升高,石墨Ⅰ为负极,电极反应式为NO2+NO3--e-=N2O5,石墨Ⅱ为正极,
故答案为:正;NO2+NO3--e-=N2O5;
(2)由于石墨Ⅰ为负极,原电池中阴离子向负极移动,根据得失电子守恒计算1molO2反应中转移4mol电子,4molNO2转变成N2O5,转移4mol电子,相同状况下气体的体积比等于物质的量之比,故O2和NO2的体积比为1:4,
故答案为:石墨Ⅰ;1:4;
(3)由于石墨Ⅰ为负极,故Fe(Ⅰ)为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,电极反应为Fe-2e-=Fe2+,
故答案为:Fe-2e-=Fe2+;
(4)Fe(Ⅱ)为阴极,根据0.01mol Cr2O72-,0.01Cr2O72-~0.02Cr3+~0.06mole-,此时阳极中产生的0.06mol二价铁转变为三价铁,阳极上起先有0.06mol铁溶解变为二价铁,故转移电子的物质的量为0.12mol,
故答案为:0.12;
(5)溶液中c(OH-)≥$\root{3}{\frac{{K}_{sp}}{c(C{r}^{3+})}}$=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=10-9 mol/L,则溶液中c(H+)≤$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-9}}$mol/L,所以溶液的 pH≥5,故答案为:5.

点评 本题考查原电池与电解原理、pH计算,为高频考点,侧重考查学生分析计算能力,明确各个电极上发生的反应、物质之间的转化是解本题关键,难点是计算,根据电极反应及转移的电子数目进行计算,题目难度中等.

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