Question

（15分）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有高效的消毒作用，為一種新型非氯高效消毒劑。電解法制備高鐵酸鉀操作簡便，成功率高，易于實驗室制備。其原理如下圖所示。

I. 實驗過程中，兩極均有氣體產生，Y極區溶液逐漸變成紫紅色；停止實驗，鐵電極明顯變細，電解液仍然澄清。查閱資料發現，高鐵酸根（FeO₄^2－）在溶液中呈紫紅色。
（1）電解過程中，X極是   極，電極反應是                  。
（2）電解過程中，Y極放電的有                              。
（3）生成高鐵酸根（FeO₄^2－）的電極反應是                     。
II. 若用不同種電池作為上述實驗的電源，請分析電池反應。
（1）鉛蓄電池總的化學方程式為：
2H₂O＋2PbSO₄ Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄，則它在充電時的陽極反應為
                                                           。
（2）鎳鎘堿性充電電池在放電時，其兩極的電極反應如下：
正極：2NiOOH＋2H₂O＋2e^－＝2Ni（OH）₂＋2OH^－
負極：Cd＋2OH^－－2e^－＝Cd（OH）₂
則它在放電時的總反應的化學方程式為                  。
（3）肼（N₂H₄）是一種可燃性液體，可用作火箭燃料。已知在25℃、101kPa時，32.0g N₂H₄在氧氣中完全燃燒生成氮氣和液態水，放出624kJ的熱量，則N₂H₄完全燃燒的熱化學方程式是                                     ；
肼—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%~30%的KOH溶液，放電時負極的電極反應是                              。
（4）以丙烷為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負極通入丙烷，電解質是熔融碳酸鹽，電池總反應方程式為：C₃H₈＋5O₂＝3CO₂＋4H₂O。
寫出該電池正極的電極反應：                              。
（5）當制備相同物質的量的高鐵酸鉀時，理論上，上述四種電池中分別消耗的Pb、Cd、肼、丙烷的物質的量之比是                       。

Answer 1

Ⅰ.（1）陰；2H^＋＋2e^－= H₂↑。（2）Fe和OH^－  （3）Fe＋8OH^－－6e^－= FeO₄^2－＋4H₂O
Ⅱ.（1）PbSO₄＋2H₂O－2e^－= PbO₂＋SO₄^2－＋4H^＋ 
（2）Cd＋2NiOOH＋2H₂O = Cd（OH）₂＋2Ni（OH）₂
（3）N₂H₄（1）＋O₂（g）= N₂（g）＋2H₂O（l）△H=－624kJ/mol
N₂H₄＋4OH^－－4e^－= 4H₂O＋N₂↑ 
（4）O₂＋2CO₂＋4e^－= 2CO₃^2－
（5）10:10:5:1

I.（1）X和電源的負極相連，所以是陰極，溶液中的氫離子放電，方程式為2H^＋＋2e^－= H₂↑。
（2）Y和電源的正極相連，作陽極。由于Y是鐵，所以鐵失去電子，發生氧化反應。根據實驗現象可判斷，在陽極上溶液中的OH^－也放電生成氧氣。
（3）陽極鐵失去電子，氧化產物是高鐵酸根，反應式為Fe＋8OH^－－6e^－= FeO₄^2－＋4H₂O。
II.（1）充電相當于電解，在電解池中陽極失去電子，發生氧化反應。根據反應式可判斷，充電時硫酸鉛失去電子，所以電極反應式為PbSO₄＋2H₂O－2e^－= PbO₂＋SO₄^2－＋4H^＋。
（2）在原電池中正負極的電極反應式相疊加即得到總反應式，所以反應式為Cd＋2NiOOH＋2H₂O = Cd（OH）₂＋2Ni（OH）₂。
（3）32.0g N₂H₄是，所以熱化學方程式為N₂H₄（1）＋O₂（g）= N₂（g）＋2H₂O（l）△H=－624kJ/mol。在燃料電池中負極是失去電子的，所以肼在負極通入，發生氧化反應，氧化產物是氮氣，反應式為N₂H₄＋4OH^－－4e^－= 4H₂O＋N₂↑。
（4）負極通入丙烷，丙烷的氧化產物是CO₂和水，由于電解質水熔融的碳酸鹽，所以電極反應式為C₃H₈－20e^－＋10CO₃^2－＝13CO₂＋4H₂O，根據總反應式可知，正極反應式為5O₂＋10CO₂＋20e^－= 10CO₃^2－。
（5）1molPb、Cd、肼、丙烷失去的電子分別為2mol、2mol、4mol、20mol，所以根據得失電子守恒可知，Pb、Cd、肼、丙烷的物質的量之比是10:10:5:1。