Question

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        （填序號）。

A．石墨

B．鎂

C．銀

D．鉑

（2）實驗過程中，SO₄^2?     （填“從左向右”“從右向左”或“不”）移動；濾紙上能觀察到的現象         。
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（FeO₄^2-）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極溶液的pH        （填“增大”“減小”或“不變”）
（4）電解過程中，Y極發生的電極反應為4OH^?－4e^?=2H₂O+O₂↑和               。
（5）電解進行一段時間后，若在X極收集到672mL氣體，Y電極（鐵電極）質量減小0．28g，則在Y極收集到氣體為       mL（均已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，其電池反應為：
2K₂FeO₄+3Zn=Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂，該電池正極發生的電極反應式為             。

Answer 1

（1）B （2）從右向左； 濾紙上有藍色沉淀產生 （3）增大 （4）Fe ? 6e^?+ 8OH^?=FeO₄^2? + 4H₂O
（5）168 （6）2FeO₄^2? + 6e^? + 5H₂O=Fe₂O₃ + 10OH^?

試題分析：（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，Mg>Zn，不能是Mg。（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，SO₄^2?會向正電荷較多的Zn電極方向移動。即從右向左移動。此時由于在陽極上發生反應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，所以溶液的pH增大。（4）根據已知條件可知：在電解過程中，Y極發生的電極反應為4OH^?－4e^?=2H₂O+O₂↑和Fe ? 6e^?+ 8OH^?=FeO₄^2? + 4H₂O（5）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。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—負極電極式可得：該電池正極發生的電極反應式為2FeO₄^2? + 6e^? + 5H₂O=Fe₂O₃ + 10OH^?