Question

15．氢能源是发展中的新能源．回答下列问题：
（1）硼氢化钠（NaBH₄）是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑．
（2）化工生产的副产物也是氢气的来源之一．电解法制取有广泛用途的Na₂FeO₄，同时获得氢气：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NaOH溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质．

已知：Na₂FeO₄在强碱性条件下能稳定存在．
①a为负极（填“正”或“负”），铁电极的极反应式为Fe-6e^-+8OH^-═FeO+4H₂O；
②电解一段时间后，c（OH^-）升高的区域在阴极室（填“阴极室”或“阳极室”）；
③c（Na₂FeO₄）随初始c（NaOH）的变化如图2，M、N两点均低于c（Na₂FeO₄）最高值，请分析原因．
M点：c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢；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）据NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，可知H元素化合价由-1价、+1价变为0价，再结合转移电子守恒书写化学方程式；
（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，所以与其相连的一极是正极，另一极是负极；据此书写电极反应式；
②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；
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）NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，所以NaBH₄与H₂O发生归中反应，生成NaBO₂和氢气，H元素化合价由-1价、+1价变为0价，依据得失电子守恒可知：NaBH₄的系数为1，H₂O的系数为2，依据原子个数守恒，反应方程式：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
故答案为：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
（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，与电源的负极相连，故答案为：负；Fe-6e^-+8OH^-═FeO+4H₂O；
②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，c（OH^-）升高的区域在阴极室，故答案为：阴极室；
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：c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢；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．