Question

10．某反应中反应物与生成物有：FeCl₂、FeCl₃、CuCl₂、Cu．
（1）将上述反应设计成的原电池如图甲所示，请回答下列问题：
①图中X溶液是FeCl₃和FeCl₂．
②原电池工作时，盐桥中的K⁺离子（填“K⁺”或“Cl^-”）不断进入X溶液中．
（2）将上述反应设计成的电解池如图乙所示，乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量的变化关系如图丙，请回答下列问题：
①M是负极．
②图丙中的②线是Fe²⁺离子的变化．
③当电子转移为2mol时，向乙烧杯中加入2.8L 5mol•L^-1NaOH溶液才能使所有的金属阳离子沉淀完全．
（3）铁的重要化合物高铁酸钠（Na₂FeO₄）是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点．从环境保护的角度看，制备Na₂FeO₄较好的方法为电解法，其装置如图Ⅰ所示．      
①电解过程中阳极的电极反应式为Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．
②图Ⅰ装置中的电源采用 NaBH₄（B元素的化合价为+3价）和H₂O₂作原料的燃料电池，电源工作原理如图Ⅱ所示．工作过程中该电源的正极反应式为H₂O₂+2e^-=2OH^-．

Answer 1

分析 （1）①该反应为2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂，Cu做负极，石墨为正极，X为FeCl₃和FeCl₂溶液；
②盐桥中阳离子向正极移动；
（2）①根据丙图可知溶液中有三种金属阳离子，而根据X的成分可知X中只有两种金属阳离子，说明在电解过程中还有Cu²⁺生成，因此Cu做阳极，石墨做阴极；
②根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化确定曲线对应的离子；
③结合转移电子的物质的量计算；
（3）①用电解法制备铁酸钠，电解时铁失去电子发生氧化反应结合氢氧根离子生成铁酸跟离子和水；
②H₂O₂在正极发生还原反应，得到电子被还原生成OH^-．

解答 解：（1）①据反应物和生成物可以确定该反应为2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂，所以X为FeCl₃和FeCl₂溶液，
故答案为：FeCl₃和FeCl₂；
②Cu做负极，石墨作正极，盐桥中阳离子向正极移动，则K⁺不断移向正极即进入X溶液中，
故答案为：K⁺；
（2）①根据丙图可知溶液中有三种金属阳离子，而根据X的成分可知X中只有两种金属阳离子，说明在电解过程中还有Cu²⁺生成，因此Cu做阳极，石墨做阴极，则M为负极，N为正极；
故答案为：负；
②在电解过程中有Cu²⁺生成，则Cu²⁺的物质的量从零逐渐增大，所以③为Cu²⁺，
由图可知，①表示的金属离子的物质的量正极减少，则为Fe³⁺，所以②为Fe²⁺，
故答案为：Fe²⁺；
③当电子转移为2mol时，溶液中有Fe³⁺ 2mol，Fe²⁺ 3mol，Cu²⁺为1mol，所以需要加入NaOH溶液14mol，所以NaOH溶液等体积为$\frac{14mol}{5mol/L}$=2.8L，
故答案为：2.8；
（3）①用铁做阳极电解氢氧化钠制备铁酸钠，电解时铁失去电子发生氧化反应结合氢氧根离子生成铁酸跟离子和水，电极反应式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
②NaBH₄（B元素的化合价为+3价）和H₂O₂作原料的燃料电池，H₂O₂在正极发生还原反应，得到电子被还原生成OH^-，电极反应式为：H₂O₂+2e^-=2OH^-；
故答案为：H₂O₂+2e^-=2OH^-．

点评 本题综合电解原理以及原电池知识，综合性强，难度大，主要考查学生分析问题的能力，是高考的热点习题．