Question

20．某课外小组分别用图所示装置对原电池和电解池原理进行实验探究．
请回答：
Ⅰ．用图1、2所示装置进行第一组实验CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O．
（1）A极发生反应的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）N极发生反应的电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑．
（3）滤纸上能观察到的现象有滤纸上有红褐色斑点产生．
（4）标准状况11.2L CH₄反应则图2可收集气体44.8L（标况）
Ⅱ．用图3所示装置进行第二组实验．实验过程中，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．查阅资料发现，高铁酸根（FeO₄^2-）在溶液中呈紫红色．
（5）电解过程中，X极区溶液的pH增大（填“增大”“减小”或“不变”）．
（6）电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
（7）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0.28 g．
（8）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2FeO₄^2ˉ+6eˉ+5H₂O=Fe₂O₃+10OHˉ．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）A是原电池的负极，发生氧化反应，电极发生反应的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）N极与电源的负极相连是电解池的阴极，发生还原反应，所以电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）图2中阳极铁失去电子变成亚铁离子，亚铁离子与氢氧根离子结合成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁迅速被氧化成红褐色沉淀氢氧化铁沉淀；
（4）根据整个过程转移电子数相等，分析解答；
（5）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；
（6）铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应，所以发生的电极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂；
（7）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；
（8）在碱性锌电池中，锌做负极发生氧化反应，K₂FeO₄在正极发生还原反应生成氧化铁，据此书写电极反应式，注意电解质溶液为碱性溶液．

解答 解：Ⅰ．（1）A是原电池的负极，发生氧化反应，电极发生反应的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O，故答案为：CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O；（1）A
（2）N极与电源的负极相连是电解池的阴极，发生还原反应，所以电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）图2中阳极铁失去电子变成亚铁离子，亚铁离子与氢氧根离子结合成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁迅速被氧化成红褐色沉淀氢氧化铁沉淀，故答案为：滤纸上有红褐色斑点产生；
（4）根据转移电子数相等可得：CH₄～8e-～4H₂，
                            1        4
                          11.2L    44.8L
故答案为：44.8L；
（5）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；
（6）铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应，所以发生的电极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
（7）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，解得x=0.28g，故答案为：0.28；
（8）在碱性锌电池中，锌做负极发生氧化反应，K₂FeO₄在正极发生还原反应生成氧化铁，正极的电极反应式为2FeO₄^2ˉ+6eˉ+5H₂O=Fe₂O₃+10OHˉ，
故答案为：2FeO₄^2ˉ+6eˉ+5H₂O=Fe₂O₃+10OHˉ．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，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，难度中等；