Question

7．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A（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Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂；
（3）实验过程中，SO₄^2-从右向左（填“从左向右”、“从右向左”或“不”）移动；滤纸上能观察到的现象有滤纸上有红褐色斑点产生，写出产生此现象的反应方程式：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
Ⅱ．用如图2所示装置进行第二组实验．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（FeO₄^2-）在溶液中呈紫红色．
（4）电解过程中，X极区溶液的pH增大（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^-═FeO₄^2-+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0.28g．
（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2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O═Fe₂O₃+10OH^-．

Answer 1

分析 Ⅰ图1中，左边装置是原电池，较活泼的金属锌作负极，较不活泼的金属铜作正极，如果要找电极材料代替铜，所找材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，M是阳极，N是阴极，电解池中阴极上阳离子得电子发生还原反应，原电池放电时，阴离子向负极移动；
Ⅱ该电解池中，阳极材料是活泼金属，则电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，同时氢氧根离子失电子生成氧气，阴极上氢离子得电子发生还原反应，根据阴阳极上转移电子数相等计算铁反应的质量，在碱性锌电池中，正极上得电子发生还原反应，以此解答该题．

解答 解：Ⅰ、（1）在保证电极反应不变的情况下，仍然是锌作负极，则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，铝是比锌活泼的金属，所以不能代替铜，
故选A；
（2）M为阳极，发生氧化反应，电极反应式为Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂，故答案为：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂；
（3）原电池放电时，阴离子向负极移动，所以硫酸根从右向左移动，电解池中，阴极上氢离子得电子生成氢气，阳极上铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧气氧化生成氢氧化铁，所以滤纸上有红褐色斑点产生，反应的化学方程式为4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案为：从右向左；滤纸上有红褐色斑点产生；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
Ⅱ、（4）电解过程中，阴极上氢离子放电生成氢气，则阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子溶液，溶液呈碱性，溶液的pH增大，故答案为：增大；
（5）X电极上析出的是氢气，Y电极上析出的是氧气，且Y电极失电子进入溶液，设铁质量减少为xg，根据转移电子数相等得$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$×2=$\frac{0.168L}{22.4L/mol}$×4+
$\frac{xg}{56g/mol}$×6，解得x=0.28g，故答案为：0.28；
（6）正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应，反应方程式为2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O═Fe₂O₃+10OH^-，故答案为：2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O═Fe₂O₃+10OH^-．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，注意电解池中如果活泼金属作阳极，则电解池工作时阳极材料失电子发生氧化反应，为易错点，难度中等．