Question

4．Na₂FeO₄是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其电解制法如图所示，请根据图示分析：电解过程中的电池反应为Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；每转移0.6mol电子在Ni电极上产生的气体在标况下的体积为6.72L；隔膜用阳离子交换膜（只允许阳离子通过）还是阴离子交换膜（只允许阴离子通过）阳离子交换膜．

Answer 1

分析 利用电解法制备Na₂FeO₄，Fe作阳极，碱性条件下Fe失电子转化为FeO₄^2-离子，阳极电极反应式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，Ni为阴极，发生还原反应，氢离子放电生成氢气，阴极电极反应式为：6H₂O+6e^-=3H₂↑+6OH^-，FeO₄^2-离子氧化性很强，容易在阴极被还原，需要用用阳离子交换膜，防止生成的FeO₄^2-离子在阴极被还原；
根据电子转移守恒，计算生成氢气的物质的量，再根据V=nV_m计算氢气体积．

解答 解：利用电解法制备Na₂FeO₄，Fe作阳极，碱性条件下Fe失电子转化为FeO₄^2-离子，阳极电极反应式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，Ni为阴极，发生还原反应，氢离子放电生成氢气，阴极电极反应式为：6H₂O+6e^-=3H₂↑+6OH^-，所以电池反应式为：Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；
根据电子转移守恒，生成氢气的物质的量为$\frac{0.6mol}{2}$=0.3mol，标况下氢气体积为0.3mol×22.4L/mol=6.72L；
FeO₄^2-离子氧化性很强，容易在阴极被还原，需要用用阳离子交换膜，防止生成的FeO₄^2-离子在阴极被还原，
故答案为：Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；6.72L；阳离子交换膜．

点评 本题考查电解原理应用，根据装置图判断两极，结合高铁酸钠具有强氧化性分析，侧重考查学生知识迁移应用，是对学生综合能力的考查，难度中等．