Question

【題目】回答下列有關問題。

（1）某工業廢水中僅含下表離子中的5種(不考慮水的電離及離子的水解)，且各種離子的物質的量濃度相等，均為0.1mol/L。

陽離子	K＋	Cu2＋	Fe3＋	Al3＋	Fe2＋
陰離子	Cl－	CO32—	NO3—	SO42—	SiO32—

某同學欲探究廢水的組成，進行了如下實驗：

Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰(透過藍色鈷玻璃觀察)。

Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化。

Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變。

Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成。

請推斷：原溶液中所含陽離子是___________________，陰離子是_____________________。

（2）光伏發電是當今世界利用太陽能最主要方式之一。圖1為光伏并網發電裝置，圖2為電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫的裝置示意圖(電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極)。

圖1 圖2

①圖1中N型半導體為____________(填“正極”或“負極”)

②該系統工作時，A極的電極反應式為___________________________________________。

③若A極產生7.00gN2，則此時B極產生_____________LH2(標準狀況下)。

Answer 1

【答案】Fe2＋、Cu2＋Cl－、NO3—、SO42—負極CO(NH2)2＋8OH－－6e－═CO32—＋N2↑＋6H2O16.8

【解析】

(1)Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰(透過藍色鈷玻璃觀察)，說明沒有K+；Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化，說明沒有Fe3+；Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變，說明 Fe2+與NO3-和H+反應生成NO，即溶液中有Fe2+、NO3-，加鹽酸溶液中陰離子種類不變，說明原溶液中有Cl-，加鹽酸溶液依然澄清，說明沒有SiO32-；Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，說明有SO42-；由以上推斷可知溶液中陰離子為 Cl-、NO3-、SO42-，且各為0.1mol/L；已經推斷出的陽離子是Fe2+，其濃度為0.1mol/L，由電荷守恒可知溶液中還有一種+2價陽離子，所以還有Cu2+，所以甲同學最終確定原溶液中所含陽離子是：Fe2+、Cu2+；陰離子是：Cl-、NO3-、SO42-，故答案為：Fe2+、Cu2+；Cl-、NO3-、SO42-；

(2)①該電池反應時中，氮元素化合價由-3價變為0價，H元素化合價由+1價變為0價，則氮元素被氧化，氫元素被還原，所以生成氮氣的電極A是陽極，生成氫氣的電極B是陰極，則圖1中N型半導體為負極，P型半導體為正極，故答案為：負極；

②A極為陽極，電極反應式為：CO(NH2)2+80H--6e-═CO32-+N2↑+6H2O，故答案為：CO(NH2)2+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O；

③A極為陽極，電極反應式為：CO(NH2)2+80H--6e-═CO32-+N2↑+6H2O，若A極產生7.00g N2，即0.25molN2，則轉移電子是1.5mol，此時B極產生氫氣，B電極反應為：2H2O+2e-═H2↑+2OH-，轉移1.5mol電子，產生氫氣的體積是×22.4L/mol=16.8L，故答案為：16.8。