Question

16．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 作电极的是A（填字母序号）．
（2）N 极发生反应的电极反应式为2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-．
Ⅱ．用图 2 所示装置进行第二组实验．实验过程中，观察到与第一组实验不同的现象：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． 查阅资料得知，高铁酸根离子（FeO₄^2-）在溶液中呈紫红色．
（3）电解过程中，X 极区溶液的 pH增大（填“增大”“减小”或“不变”）．
（4）电解过程中，Y 极发生的电极反应之一为 Fe-6e^-+8OH^-═Fe₄O^2-+4H₂O 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．
（5）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为 2K₂FeO₄+3Zn═Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂．该电池正极发生的反应的电极反应式为2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O═Fe₂O₃+10OH^-．

Answer 1

分析 （1）图中，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；（2）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，据此分析；
（3）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；
（4）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列式解答；
（5）正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应生成氧化铁．

解答 解：（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，
故答案为：A；
（2）N电极连接原电池负极，所以是电解池阴极，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-），
故答案为：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-；
（3）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；
（4）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=$\frac{0.168L}{22.4L/mol}×4$+$\frac{xg}{56g/mol}×6$，x=0.28，故答案为：0.28；
（5）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，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．