Question

10．很多电解过程都会产生氢气．
（1）在 25℃时，用石墨电极电解一定量的饱和 Na₂CO₃溶液，则阴极的电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，阳极电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，溶液 pH不变（填增大，减小或不变）
（2）电解法制取 Na₂FeO₄，同时可获得氢气：Fe+2H₂O+2OH^- $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑，工作原理如图1所示．装置通电后，铁电极附近生成紫红色的 FeO₄^2-，镍电极有气泡产生．若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质．已知：Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，易被H₂还原．

①阳极电极反应式Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，电解一段时间后，c（OH^-）降低的区域在阳极室（填“阴极室”或“阳极室”）．
②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是防止Na₂FeO₄与H₂反应使产率降低．
③c（ Na₂FeO₄）随初始 c（NaOH）的变化如图 2，分析 N 点 c（ Na₂FeO₄）低于最高值的原因N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低．

Answer 1

分析 （1）分析碳酸钠溶液中含有阳离子、阴离子，依据放电顺序判断放电离子写出电极反应式，依据电极反应式判断溶液pH变化；
（2）①电解池中阳极发生氧化反应，依据题意可知铁在阳极失去电子，碱性环境下生成高铁酸根离子，据此书写电极反应式；根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子减少；
②氢气具有还原性，根据题意Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，易被H₂还原．电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na₂FeO₄与H₂反应使产率降低；
③根据题意Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，在M点，c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢，在N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低．

解答 解：（1）碳酸钠溶液中含有阳离子为钠离子与氢离子，氢离子还原性强于钠离子，所以阴极电极反应为：
2H⁺+2e^-=H₂↑ 或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；碳酸钠溶液中含有阴离子为碳酸根离子、氢氧根离子，依据放电顺序可知氢氧根离子在阳极失去电子发生氧化反应，电极反应式为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，所以电解实质为电解水，溶液为饱和碳酸钠溶液，电解过程中溶液浓度不变，溶液pH不变；
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑  或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；   不变；
（2）①电解池中阳极发生氧化反应，依据题意可知铁在阳极失去电子，碱性环境下生成高铁酸根离子，电极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子减少，因此电解一段时间后，c（OH^-）降低的区域在阳极室；
故答案为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；  阳极室；
②氢气具有还原性，根据题意Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，易被H₂还原．电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na₂FeO₄与H₂反应使产率降低，
故答案为：防止Na₂FeO₄与H₂反应使产率降低；
③根据题意Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，在M点，c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢，在N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低；
故答案为：N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低．

点评 本题为电化学试题，考查了电解法制取 Na₂FeO₄，明确电解池工作原理及电极反应式的书写方法是解题关键，题目难度中等．