Question

【題目】為了探究原電池和電解池的工作原理，某研究性學(xué)習(xí)小組分別用下圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。據(jù)圖回答問題。

I.用圖甲所示裝置進(jìn)行第一組實(shí)驗(yàn)時(shí)：

（1）在保證電極反應(yīng)不變的情況下，不能替代Cu作電極的是_____ (填字母)。

A石墨 B． 鎂 C．銀 D．鉑

（2）實(shí)驗(yàn)過程中，SO42-____(填“從左向右”“從右向左”或“不”)移動(dòng)；濾紙上能觀察到的現(xiàn)象是________________。

II.該小組同學(xué)用圖乙所示裝置進(jìn)行第二組實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩極均有氣體產(chǎn)生，且Y極處溶液逐漸變成紫紅色；停止實(shí)驗(yàn)觀察到鐵電極明顯變細(xì)，電解液仍然澄清。查閱資料知，高鐵酸根(FeO42-)在溶液中呈紫紅色。請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及所查信息，回答下列問題：

（3）電解過程中，X極處溶液的OH-濃度____(填“增大”“減小”或“不變)。

（4）電解過程中，Y極發(fā)生的電極反應(yīng)為___________________，_________________。

（5）電解進(jìn)行一段時(shí)間后，若在X極收集到672mL氣體，Y電板(鐵電極)質(zhì)量減小0.28g，則在Y極收集到氣體為____mL(均己折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)氣體體積)。

（6）K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，其電池反應(yīng)總反應(yīng)式為2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2，該電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_______________。

Answer 1

【答案】B 從右向左 濾紙上有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生(答出“藍(lán)色沉淀”或“藍(lán)色斑點(diǎn)”即可) 增大 4OH--4e-=2H2O+O2↑ Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 168 2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-

【解析】

I.甲裝置是原電池，Zn作負(fù)極，Cu作正極，利用該原電池電解氫氧化鈉溶液，結(jié)合原電池、電解池的工作原理解答。

II.乙裝置是電解池，鐵電極與電源正極相連，作陽極，鐵失去電子，碳棒是陰極，氫離子放電，結(jié)合電極反應(yīng)式以及電子得失守恒解答。

（1）甲裝置是原電池，Zn作負(fù)極，Cu作正極。若要保證電極反應(yīng)不變，則另一個(gè)電極的活動(dòng)性只要比Zn弱即可。根據(jù)金屬活動(dòng)性順序可知Mg＞Zn，因此不能是Mg，答案選B。

（2）根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，實(shí)驗(yàn)過程中，SO42會(huì)向正電荷較多的Zn電極方向移動(dòng)。即從右向左移動(dòng)。利用該原電池電解氫氧化鈉溶液，由于電極均是銅，在陽極上發(fā)生反應(yīng)Cu-2e-=Cu2+，產(chǎn)生的Cu2+在溶液中發(fā)生反應(yīng)Cu2++2OH-=Cu(OH)2↓，所以在濾紙上能觀察到的現(xiàn)象是有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生。

（3）由圖可知：X為陰極。電解過程中，X極上發(fā)生：2H++2e-=H2↑，破壞了水的電離平衡，水繼續(xù)電離，最終導(dǎo)致溶液的c(OH-)增大，所以X極處溶液的c(OH-)增大。

（4）由于實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩極均有氣體產(chǎn)生，且Y極處溶液逐漸變成紫紅色；停止實(shí)驗(yàn)觀察到鐵電極明顯變細(xì)，電解液仍然澄清。又因?yàn)楦哞F酸根(FeO42-)在溶液中呈紫紅色，所以在電解過程中，Y極發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH－4e=2H2O+O2↑和Fe－6e+8OH=FeO42+4H2O；

（5）X電極產(chǎn)生氫氣，n(H2)=0.672L÷22．4L/mol=0.03mol，n(e-)=0.06mol。在整個(gè)電路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，則4×n(O2)+6×(0．28g÷56g/mol)=0．06mol，解得n(O2)=0．0075mol，所以V(O2)=0.0075mol×22.4L/mol=0.168L=168mL；

（6）K2FeO4－Zn也可以組成堿性電池，Zn作負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)式為3Zn-6e-+6OH-=3Zn(OH)2。K2FeO4在電池中作為正極材料，其電池反應(yīng)為2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。用總反應(yīng)式減去負(fù)極電極式可得該電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)式為2FeO42+6e+5H2O=Fe2O3+10OH。