题目内容
【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Y电板(铁电极)质量减小2.8g，在Y极收集到气体为1.68 L 则X极收集到气体__________L(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_______________。
【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 6.72 2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-
【解析】
I.（1）甲装置中左侧为原电池装置，锌作负极，铜作正极，由于需保证电极反应不变，故正极材料的活泼性不能大于Zn，因此不能用镁代替铜；
（2）硫酸根离子向负极移动，移动方向为从右向左移动，M极作阳极，失去电子有铜离子生成，铜离子结合氢氧根离子生成氢氧化铜沉淀；
II.（3）X极作阴极，X极上发生反应：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；
（4）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）根据整个电路中电子转移数目相等进行计算；
（6）K2FeO4-Zn碱性电池中，Zn作负极，负极的电极反应式为3Zn-6e-+6OH-=3Zn(OH)2，总电池反应：2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。用总反应式—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-。
I.（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，Mg>Zn，不能是Mg，故答案为：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。此时由于在阳极上发生反应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，故答案为：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)。
II.（3）由图可知：X为阴极。电解过程中，X极上发生反应：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，故答案为：增大。
（4）根据已知条件可知：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，故答案为：4OH-－4e-=2H2O+O2↑，Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O。
（5）根据条件可知：n(O2)=1.68L÷22.4L/mol=0.075mol，在整个电路中电子转移数目相等，2n(H2)=4×n(O2)+6×(2.8g÷56g/mol)=0.6mol，n(H2)=0.3mol，即V(H2)=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，故答案为：6.72。
（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，电池反应：2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。用总反应式—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-，故答案为：2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-。
