Question

（15分）高铁酸钾（K₂FeO₄）具有高效的消毒作用，为一种新型非氯高效消毒剂。电解法制备高铁酸钾操作简便，成功率高，易于实验室制备。其原理如下图所示。

I. 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。
（1）电解过程中，X极是   极，电极反应是                  。
（2）电解过程中，Y极放电的有                              。
（3）生成高铁酸根（FeO₄^2－）的电极反应是                     。
II. 若用不同种电池作为上述实验的电源，请分析电池反应。
（1）铅蓄电池总的化学方程式为：
2H₂O＋2PbSO₄ Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄，则它在充电时的阳极反应为
                                                           。
（2）镍镉碱性充电电池在放电时，其两极的电极反应如下：
正极：2NiOOH＋2H₂O＋2e^－＝2Ni（OH）₂＋2OH^－
负极：Cd＋2OH^－－2e^－＝Cd（OH）₂
则它在放电时的总反应的化学方程式为                  。
（3）肼（N₂H₄）是一种可燃性液体，可用作火箭燃料。已知在25℃、101kPa时，32.0g N₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气和液态水，放出624kJ的热量，则N₂H₄完全燃烧的热化学方程式是                                     ；
肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%~30%的KOH溶液，放电时负极的电极反应是                              。
（4）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐，电池总反应方程式为：C₃H₈＋5O₂＝3CO₂＋4H₂O。
写出该电池正极的电极反应：                              。
（5）当制备相同物质的量的高铁酸钾时，理论上，上述四种电池中分别消耗的Pb、Cd、肼、丙烷的物质的量之比是                       。

Answer 1

Ⅰ.（1）阴；2H^＋＋2e^－= H₂↑。（2）Fe和OH^－  （3）Fe＋8OH^－－6e^－= FeO₄^2－＋4H₂O
Ⅱ.（1）PbSO₄＋2H₂O－2e^－= PbO₂＋SO₄^2－＋4H^＋ 
（2）Cd＋2NiOOH＋2H₂O = Cd（OH）₂＋2Ni（OH）₂
（3）N₂H₄（1）＋O₂（g）= N₂（g）＋2H₂O（l）△H=－624kJ/mol
N₂H₄＋4OH^－－4e^－= 4H₂O＋N₂↑ 
（4）O₂＋2CO₂＋4e^－= 2CO₃^2－
（5）10:10:5:1

I.（1）X和电源的负极相连，所以是阴极，溶液中的氢离子放电，方程式为2H^＋＋2e^－= H₂↑。
（2）Y和电源的正极相连，作阳极。由于Y是铁，所以铁失去电子，发生氧化反应。根据实验现象可判断，在阳极上溶液中的OH^－也放电生成氧气。
（3）阳极铁失去电子，氧化产物是高铁酸根，反应式为Fe＋8OH^－－6e^－= FeO₄^2－＋4H₂O。
II.（1）充电相当于电解，在电解池中阳极失去电子，发生氧化反应。根据反应式可判断，充电时硫酸铅失去电子，所以电极反应式为PbSO₄＋2H₂O－2e^－= PbO₂＋SO₄^2－＋4H^＋。
（2）在原电池中正负极的电极反应式相叠加即得到总反应式，所以反应式为Cd＋2NiOOH＋2H₂O = Cd（OH）₂＋2Ni（OH）₂。
（3）32.0g N₂H₄是，所以热化学方程式为N₂H₄（1）＋O₂（g）= N₂（g）＋2H₂O（l）△H=－624kJ/mol。在燃料电池中负极是失去电子的，所以肼在负极通入，发生氧化反应，氧化产物是氮气，反应式为N₂H₄＋4OH^－－4e^－= 4H₂O＋N₂↑。
（4）负极通入丙烷，丙烷的氧化产物是CO₂和水，由于电解质水熔融的碳酸盐，所以电极反应式为C₃H₈－20e^－＋10CO₃^2－＝13CO₂＋4H₂O，根据总反应式可知，正极反应式为5O₂＋10CO₂＋20e^－= 10CO₃^2－。
（5）1molPb、Cd、肼、丙烷失去的电子分别为2mol、2mol、4mol、20mol，所以根据得失电子守恒可知，Pb、Cd、肼、丙烷的物质的量之比是10:10:5:1。