现有一微型原电池,含有 Fe-C,用于处理废水中的 HCO…——2021 高考化学第 18 题答案解析

2021_上海 Paper

2021 Shanghai Question 18 Single-choice Differentiating
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18.现有一微型原电池,含有 Fe-C,用于处理废水中的 HCOOH,通入空气后生成 ${ \sf H } _ { 2 } { \sf O } _ { 2 }$
并与 HCOOH 反应生成 $C O _ { 2 }$ ,以下说法错误的是( )

A. 负极: $\mathsf { F e } - 2 \mathsf { e } ^ { - \lnot \to \mathsf { F e } ^ { 2 + } }$
B. 正极: $H _ { 2 } O _ { 2 } + 2 e ^ { - } + 2 H ^ { + } 2 H _ { 2 } O$
C. 若不通入 $\mathsf { O } _ { 2 }$ 则可能有氢气产生
D. 处理HCOOH废液生成二氧化碳的方程式: $\mathsf { H C O O H + H _ { 2 } O _ { 2 } { } C O _ { 2 } \uparrow + 2 H _ { 2 } O }$
Answer key

B

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该装置为 Fe-C 微型原电池,用于处理含 HCOOH 的废水。

1. **分析电极反应**:
* **负极**:Fe 比 C 活泼,Fe 作负极,发生氧化反应失去电子生成 $\text{Fe}^{2+}$。电极反应式为:$\text{Fe} - 2\text{e}^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}$。故 A 说法正确。
* **正极**:C 作正极,通入的 $\text{O}_2$ 在正极得电子。根据题意“生成 $\text{H}_2\text{O}_2$”,可知氧气发生还原反应生成过氧化氢。在酸性环境下,电极反应式应为:$\text{O}_2 + 2\text{e}^- + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2\text{O}_2$。
* 选项 B 给出的反应 $\text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{e}^- + 2\text{H}^+ \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$ 是 $\text{H}_2\text{O}_2$ 进一步被还原的反应,或者是 $\text{H}_2\text{O}_2$ 作为氧化剂时的反应,但这不符合题目中“通入空气后生成 $\text{H}_2\text{O}_2$”这一原电池正极主要过程的描述(即 $\text{O}_2 \to \text{H}_2\text{O}_2$)。即便考虑后续反应,原电池正极直接由 $\text{O}_2$ 生成 $\text{H}_2\text{O}_2$ 才是题干强调的特征。因此 B 说法错误。

2. **分析其他情况**:
* 若不通入 $\text{O}_2$,溶液呈酸性(含 HCOOH),Fe 可能与 $\text{H}^+$ 直接发生置换反应(析氢腐蚀),生成 $\text{H}_2$。故 C 说法正确。

3. **分析总反应**:
* 题目指出 $\text{H}_2\text{O}_2$ 与 HCOOH 反应生成 $\text{CO}_2$。HCOOH 中 C 元素化合价为 +2 价,$\text{CO}_2$ 中 C 元素为 +4 价,HCOOH 被氧化;$\text{H}_2\text{O}_2$ 中 O 元素为 -1 价,被还原为 -2 价的 $\text{H}_2\text{O}$。
* 根据得失电子守恒和原子守恒,反应方程式为:$\text{HCOOH} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$。故 D 说法正确。

综上所述,错误的说法是 B。

✅ 来源:2021年 · 上海 · 2021_上海卷 · 第 18 题 · 本题已通过全部自动发布校验
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