Question

【题目】为了探究原电池和电解池的工作原理，某研究性学习小组分别用下图所示的装置进行实验。据图回答问题。

I.用图甲所示装置进行第一组实验时：

（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu作电极的是_____ (填字母)。

A石墨 B． 镁 C．银 D．铂

（2）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是________________。

II.该小组同学用图乙所示装置进行第二组实验时发现，两极均有气体产生，且Y极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清。查阅资料知，高铁酸根(FeO42-)在溶液中呈紫红色。请根据实验现象及所查信息，回答下列问题：

（3）电解过程中，X极处溶液的OH-浓度____(填“增大”“减小”或“不变)。

（4）电解过程中，Y极发生的电极反应为___________________，_________________。

（5）电解进行一段时间后，若在X极收集到672mL气体，Y电板(铁电极)质量减小0.28g，则在Y极收集到气体为____mL(均己折算为标准状况时气体体积)。

（6）K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电池反应总反应式为2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2，该电池正极发生的电极反应式为_______________。

Answer 1

【答案】B 从右向左 滤纸上有蓝色沉淀产生(答出“蓝色沉淀”或“蓝色斑点”即可) 增大 4OH--4e-=2H2O+O2↑ Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 168 2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-

【解析】

I.甲装置是原电池，Zn作负极，Cu作正极，利用该原电池电解氢氧化钠溶液，结合原电池、电解池的工作原理解答。

II.乙装置是电解池，铁电极与电源正极相连，作阳极，铁失去电子，碳棒是阴极，氢离子放电，结合电极反应式以及电子得失守恒解答。

（1）甲装置是原电池，Zn作负极，Cu作正极。若要保证电极反应不变，则另一个电极的活动性只要比Zn弱即可。根据金属活动性顺序可知Mg＞Zn，因此不能是Mg，答案选B。

（2）根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，实验过程中，SO42会向正电荷较多的Zn电极方向移动。即从右向左移动。利用该原电池电解氢氧化钠溶液，由于电极均是铜，在阳极上发生反应Cu-2e-=Cu2+，产生的Cu2+在溶液中发生反应Cu2++2OH-=Cu(OH)2↓，所以在滤纸上能观察到的现象是有蓝色沉淀产生。

（3）由图可知：X为阴极。电解过程中，X极上发生：2H++2e-=H2↑，破坏了水的电离平衡，水继续电离，最终导致溶液的c(OH-)增大，所以X极处溶液的c(OH-)增大。

（4）由于实验时发现，两极均有气体产生，且Y极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清。又因为高铁酸根(FeO42-)在溶液中呈紫红色，所以在电解过程中，Y极发生的电极反应为4OH－4e=2H2O+O2↑和Fe－6e+8OH=FeO42+4H2O；

（5）X电极产生氢气，n(H2)=0.672L÷22．4L/mol=0.03mol，n(e-)=0.06mol。在整个电路中电子转移数目相等，则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也可以组成碱性电池，Zn作负极，负极的电极反应式为3Zn-6e-+6OH-=3Zn(OH)2。K2FeO4在电池中作为正极材料，其电池反应为2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。用总反应式减去负极电极式可得该电池正极发生的电极反应式为2FeO42+6e+5H2O=Fe2O3+10OH。