题目

题型：不详难度：来源：

为了探究原电池和电解池的工作原理，某研究性学习小组分别用下图所示的装置进行实验。据图回答问题。
 
I．用图甲所示装置进行第一组实验时：
（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu作电极的是        （填序号）。

A．石墨

B．镁

C．银

D．铂

（2）实验过程中，SO₄²⁻     （填“从左向右”“从右向左”或“不”）移动；滤纸上能观察到的现象         。
II．该小组同学用图乙所示装置进行第二组实验时发现，两极均有气体产生，且Y极溶液逐渐变成紫红色：停止实验观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清。查阅资料知，高铁酸根（FeO₄^2-）在溶液中呈紫红色。请根据实验现象及所查信息，回答下列问题：
（3）电解过程中，X极溶液的pH        （填“增大”“减小”或“不变”）
（4）电解过程中，Y极发生的电极反应为4OH⁻－4e⁻=2H₂O+O₂↑和               。
（5）电解进行一段时间后，若在X极收集到672mL气体，Y电极（铁电极）质量减小0．28g，则在Y极收集到气体为       mL（均已折算为标准状况时气体体积）。
（6）K₂FeO₄—Zn也可以组成碱性电池，K₂FeO₄在电池中作为正极材料，其电池反应为：
2K₂FeO₄+3Zn=Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂，该电池正极发生的电极反应式为             。

答案

（1）B （2）从右向左； 滤纸上有蓝色沉淀产生 （3）增大 （4）Fe − 6e⁻+ 8OH⁻=FeO₄²⁻ + 4H₂O
（5）168 （6）2FeO₄²⁻ + 6e⁻ + 5H₂O=Fe₂O₃ + 10OH⁻

解析

试题分析：（1）甲装置是原电池，Zn作负极，Cu作正极。若要保证电极反应不变，则另一个电极的活动性只要比Zn弱即可。根据金属活动性顺序，Mg>Zn，不能是Mg。（2）根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，实验过程中，SO₄²⁻会向正电荷较多的Zn电极方向移动。即从右向左移动。此时由于在阳极上发生反应Cu-2e-=Cu²⁺，产生的Cu²⁺在溶液中发生反应Cu²⁺+2OH^-=Cu(OH)₂↓．所以在滤纸上能观察到的现象是有蓝色沉淀产生。（3）由图可知：X为阴极。电解过程中，X极上发生：2H⁺+2e^-=H₂↑，破坏了水的电离平衡，水继续电离。最终导致溶液的C(OH^-)增大，所以溶液的pH增大。（4）根据已知条件可知：在电解过程中，Y极发生的电极反应为4OH⁻－4e⁻=2H₂O+O₂↑和Fe − 6e⁻+ 8OH⁻=FeO₄²⁻ + 4H₂O（5）n(H₂)=0．672L÷22．4L/mol=0．03mol．n(e^-)=0．06mol．在整个电路中电子转移数目相等。4×n(O₂)+6×(0．28g÷56g/mol)= 0．06mol。解得n(O₂)=0．0075mol．所以V(O₂)= 0．0075mol×22．4L/mol= 0．168L =168ml． （6）K₂FeO₄—Zn也可以组成碱性电池，Zn作负极，负极的电极反应式为3Zn-6e^-+6OH^-=3Zn(OH)₂。K₂FeO₄在电池中作为正极材料，其电池反应为：2K₂FeO₄+3Zn=Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂．用总反应式—负极电极式可得：该电池正极发生的电极反应式为2FeO₄²⁻ + 6e⁻ + 5H₂O=Fe₂O₃ + 10OH⁻