Question

【題目】某課外小組分別用如圖所示裝置對原電池和電解原理進行實驗探究。

請回答：

Ⅰ．用如圖1所示裝置進行第一組實驗：

（1）在保證電極反應不變的情況下，不能替代Cu做電極的是_______（填字母序號）。

A. 鋁 B. 石墨 C. 銀 D. 鉑

（2）M極發生反應的電極反應式為________；

（3）實驗過程中，SO42﹣________（填“從左向右”、“從右向左”或“不”）移動；濾紙上能觀察到的現象有___________________，寫出產生此現象的反應方程式：__________________；

Ⅱ．用如圖2所示裝置進行第二組實驗：

（4）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（FeO42﹣）在溶液中呈紫紅色。電解過程中，X極區溶液的pH________（填“增大”、“減小”或“不變”）；

（5）電解過程中，Y極發生的電極反應為Fe﹣6e﹣+8OH﹣═FeO42﹣+4H2O 和 4OH﹣﹣4e﹣═2H2O+O2↑，若在X極收集到672mL氣體，在Y極收集到168mL氣體（均已折算為標準狀況時氣體體積），則Y電極（鐵電極）質量減少________g。

（6）在堿性鋅電池中，用高鐵酸鉀作為正極材料，電池總反應為：2K2FeO4+3Zn═Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2 該電池正極的電極反應式為________。

Answer 1

【答案】 A Fe﹣2e﹣+ 2OH﹣= Fe(OH)2 從右向左 濾紙上有紅褐色斑點產生 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 增大 0.28 2FeO42﹣+ 6e﹣+ 5H2O ═ Fe2O3 + 10OH﹣

【解析】Ⅰ．(1)要保證電極反應不變，能夠替代Cu做電極的必須是比Zn不活潑的導電物質作正極，Zn作負極，所以石墨、銀、鉑都可以替代Cu作正極，而鋁比Zn活潑，所以不能替代Cu作正極，正確答案為A。

(2)M極與Cu—Zn原電池的正極Cu連接，作陽極，鐵作為活性金屬電極，將失去電子生成Fe2+，與溶液中OH﹣結合生成Fe(OH)2，所以電極反應式為Fe﹣2e﹣+2OH﹣= Fe(OH)2。

(3)在原電池內部的電解質溶液中，陰離子向負極移動，所以SO42﹣通過隔膜從右向左移動；在滴有NaOH溶液的濾紙上，M陽極附近生成的Fe(OH)2會迅速變為灰綠色，然后變為紅褐色，N陰極上析出氫氣，但觀察不到現象，所以濾紙上能觀察到的現象是先變灰綠色，然后變為紅褐色；反應的方程式為4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3。

Ⅱ．(4)由裝置圖可知X(C)為陰極，Y(Fe)為陽極，結合題意可知鐵失去電子結合OH-，生成高鐵酸根（FeO42﹣），使溶液呈紫紅色，在陰極X(C)附近的H+得到電子生成氫氣，使溶液中的c(H+)減小，pH增大。

(5)若在X極收集到672mL氫氣，即0.03mol，則得到電子n(e﹣)=0.06mol, 在Y極收集到168mL氧氣，即0.0075mol，則失去電子n(e﹣)=0.03mol，根據電子轉移守恒可得，鐵失去的電子n(e﹣)=0.03mol，由電極反應式Fe﹣6e﹣+8OH﹣═FeO42﹣+4H2O可求得鐵溶解減少的質量m(Fe)= = 0.28g。

(6)因為是堿性電池，OH﹣移向負極Zn，結合電池的總反應式可知，負極反應式為3Zn﹣6e﹣+ 10OH﹣= ZnO+2ZnO22- + 5H2O，用總反應式—負極反應式即得正極反應式為2FeO42﹣+ 6e﹣+ 5H2O ═ Fe2O3 + 10OH﹣。