Question

19．某反应中反应物与生成物有：FeCl₂、FeCl₃、CuCl₂、Cu．

（1）将上述反应设计成原电池如图甲所示，请回答下列问题：
①图中X溶液的溶质是FeCl₃（填化学式），Cu电极上发生的电极反应方程式为Cu-2e^-=Cu²⁺．
②原电池工作时，盐桥中的K⁺ （填“K⁺”或“Cl^-”）不断进入X溶液中．
（2）将上述反应设计成电解池如图乙所示，乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量关系如图丙，请回答下列问题：
①M是直流电源的负极；图丙中的②线是Fe²⁺的物质的量的变化．
②当电子转移为2mol时，向乙烧杯中加入2.8 L 5mol•L^-1 NaOH溶液，才能使溶液中所有的金属阳离子沉淀完全．
（3）铁的重要化合物高铁酸钠（Na₂FeO₄）是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点．
①高铁酸钠生产方法之一是电解法，其原理为Fe+2NaOH+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Na₂FeO₄+3H₂↑，则电解时阳极的电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．
②高铁酸钠生产方法之二是在强碱性介质中用NaClO氧化Fe（OH）₃生成高铁酸钠、氯化钠和水，该反应的离子方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

Answer 1

分析 （1）①氯化铁具有强氧化性，铜能被氯化铁氧化，所以电解质溶液为FeCl₃溶液；Cu易失电子发生氧化反应而作负极；
②石墨作正极，则盐桥中阳离子向正极移动；
（2）根据丙图可知溶液中有三种金属阳离子，而根据X的成分可知X中只有两种金属阳离子，说明在电解过程中还有Cu²⁺生成，因此Cu做阳极，石墨做阴极，根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化确定曲线对应的离子，结合转移电子的物质的量计算；
（3）Na₂FeO₄能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe³⁺形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用，电解时阳极发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O，NaClO氧化Fe（OH）₃的反应方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

解答 解：（1）①氯化铁具有强氧化性，铜能被氯化铁氧化，所以反应为2FeCl₃+Cu=CuCl₂+2FeCl₂，则FeCl₃溶液为电解质溶液；Cu作负极，失电子发生氧化反应，电极反应为Cu-2e^-=Cu²⁺，故答案为：FeCl₃ ；Cu-2e^-=Cu²⁺；
②Cu作正极，放电时，电解质溶液中阳离子K⁺移向X溶液中，故答案为：K⁺；
（2）①根据丙图可知溶液中有三种金属阳离子，而根据X的成分可知X中只有两种金属阳离子，说明在电解过程中还有Cu²⁺生成，因此Cu做阳极，石墨做阴极，所以M是负极，根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知①为Fe³⁺，②为Fe²⁺，③为Cu²⁺，故答案为：负；Fe²⁺；   
②当电子转移为2mol时，溶液中有Fe³⁺ 2mol，Fe²⁺ 3mol，Cu²⁺为1mol，所以需要加入NaOH溶液14mol，所以NaOH溶液等体积为$\frac{14mol}{5mol/L}$=2.8L，
故答案为：2.8；
（3）①电解时阳极发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
②NaClO氧化Fe（OH）₃的反应方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

点评 本题考查了电解原理和原电池原理，为高考热点问题，难点是（2）题图象分析，知道溶液中离子浓度变化及其原因，题目难度中等．