题目内容
【题目】某课外小组分别用如图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。
请回答:
Ⅰ.用如图1所示装置进行第一组实验:
(1)在保证电极反应不变的情况下,不能替代Cu做电极的是_______(填字母序号)。
A. 铝 B. 石墨 C. 银 D. 铂
(2)M极发生反应的电极反应式为________;
(3)实验过程中,SO42﹣________(填“从左向右”、“从右向左”或“不”)移动;滤纸上能观察到的现象有___________________,写出产生此现象的反应方程式:__________________;
Ⅱ.用如图2所示装置进行第二组实验:
(4)实验过程中,两极均有气体产生,Y极区溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍然澄清。查阅资料发现,高铁酸根(FeO42﹣)在溶液中呈紫红色。电解过程中,X极区溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”);
(5)电解过程中,Y极发生的电极反应为Fe﹣6e﹣+8OH﹣═FeO42﹣+4H2O 和 4OH﹣﹣4e﹣═2H2O+O2↑,若在X极收集到672mL气体,在Y极收集到168mL气体(均已折算为标准状况时气体体积),则Y电极(铁电极)质量减少________g。
(6)在碱性锌电池中,用高铁酸钾作为正极材料,电池总反应为:2K2FeO4+3Zn═Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2 该电池正极的电极反应式为________。
【答案】 A Fe﹣2e﹣+ 2OH﹣= Fe(OH)2 从右向左 滤纸上有红褐色斑点产生 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 增大 0.28 2FeO42﹣+ 6e﹣+ 5H2O ═ Fe2O3 + 10OH﹣
【解析】Ⅰ.(1)要保证电极反应不变,能够替代Cu做电极的必须是比Zn不活泼的导电物质作正极,Zn作负极,所以石墨、银、铂都可以替代Cu作正极,而铝比Zn活泼,所以不能替代Cu作正极,正确答案为A。
(2)M极与Cu—Zn原电池的正极Cu连接,作阳极,铁作为活性金属电极,将失去电子生成Fe2+,与溶液中OH﹣结合生成Fe(OH)2,所以电极反应式为Fe﹣2e﹣+2OH﹣= Fe(OH)2。
(3)在原电池内部的电解质溶液中,阴离子向负极移动,所以SO42﹣通过隔膜从右向左移动;在滴有NaOH溶液的滤纸上,M阳极附近生成的Fe(OH)2会迅速变为灰绿色,然后变为红褐色,N阴极上析出氢气,但观察不到现象,所以滤纸上能观察到的现象是先变灰绿色,然后变为红褐色;反应的方程式为4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3。
Ⅱ.(4)由装置图可知X(C)为阴极,Y(Fe)为阳极,结合题意可知铁失去电子结合OH-,生成高铁酸根(FeO42﹣),使溶液呈紫红色,在阴极X(C)附近的H+得到电子生成氢气,使溶液中的c(H+)减小,pH增大。
(5)若在X极收集到672mL氢气,即0.03mol,则得到电子n(e﹣)=0.06mol, 在Y极收集到168mL氧气,即0.0075mol,则失去电子n(e﹣)=0.03mol,根据电子转移守恒可得,铁失去的电子n(e﹣)=0.03mol,由电极反应式Fe﹣6e﹣+8OH﹣═FeO42﹣+4H2O可求得铁溶解减少的质量m(Fe)= = 0.28g。
(6)因为是碱性电池,OH﹣移向负极Zn,结合电池的总反应式可知,负极反应式为3Zn﹣6e﹣+ 10OH﹣= ZnO+2ZnO22- + 5H2O,用总反应式—负极反应式即得正极反应式为2FeO42﹣+ 6e﹣+ 5H2O ═ Fe2O3 + 10OH﹣。
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