Question

【題目】為了探究原電池和電解池的工作原理，某研究性學習小組分別用下圖所示的裝置進行實驗。據圖回答問題。

I.用圖甲所示裝置進行第一組實驗時：

（1）在保證電極反應不變的情況下，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是________________。

II.該小組同學用圖乙所示裝置進行第二組實驗時發現，兩極均有氣體產生，且Y極處溶液逐漸變成紫紅色；停止實驗觀察到鐵電極明顯變細，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。請根據實驗現象及所查信息，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極發生的電極反應為___________________，_________________。

（5）電解進行一段時間后，若在X極收集到672mL氣體，Y電板(鐵電極)質量減小0.28g，則在Y極收集到氣體為____mL(均己折算為標準狀況時氣體體積)。

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

Answer 1

【答案】B 從右向左 濾紙上有藍色沉淀產生(答出“藍色沉淀”或“藍色斑點”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作負極，Cu作正極，利用該原電池電解氫氧化鈉溶液，結合原電池、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，結合電極反應式以及電子得失守恒解答。

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

（2）根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，實驗過程中，SO42會向正電荷較多的Zn電極方向移動。即從右向左移動。利用該原電池電解氫氧化鈉溶液，由于電極均是銅，在陽極上發生反應Cu-2e-=Cu2+，產生的Cu2+在溶液中發生反應Cu2++2OH-=Cu(OH)2↓，所以在濾紙上能觀察到的現象是有藍色沉淀產生。

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

（4）由于實驗時發現，兩極均有氣體產生，且Y極處溶液逐漸變成紫紅色；停止實驗觀察到鐵電極明顯變細，電解液仍然澄清。又因為高鐵酸根(FeO42-)在溶液中呈紫紅色，所以在電解過程中，Y極發生的電極反應為4OH－4e=2H2O+O2↑和Fe－6e+8OH=FeO42+4H2O；

（5）X電極產生氫氣，n(H2)=0.672L÷22．4L/mol=0.03mol，n(e-)=0.06mol。在整個電路中電子轉移數目相等，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作負極，負極的電極反應式為3Zn-6e-+6OH-=3Zn(OH)2。K2FeO4在電池中作為正極材料，其電池反應為2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。用總反應式減去負極電極式可得該電池正極發生的電極反應式為2FeO42+6e+5H2O=Fe2O3+10OH。