Question

【题目】某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。

请回答：

用图 1 所示装置进行第一组实验（K 闭合）

(1)Zn 极为_____极。实验过程中，甲中 SO42－________________（填“从左向右”、“从右向左”或“不”）移动；反应初期乙中 N 极发生的电极反应为_________________________________。

(2)反应一段时间后，打开 K，向乙中加入 0.1mol Cu(OH)2 后恰好复原，则上述电解过程中转移的电子数为______________NA。用图 2 所示装置进行第二组实验。实验中两极均有气体产生，且 Y 极区产生 FeO42－，溶液呈浅紫红色。

(3)Y 极上 Fe 变为FeO42－的电极反应式为________________

(4)电解过程中，X 极区溶液的 pH_____（填“增大” 、“减小”或“不变”）。若在 X 极收集到 672 mL 气体，在 Y 极收集到 168 mL 气体（均为标准状况），则 Y 电极质量减少_____g。

(5)在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应式为：2K2FeO4+3Zn = Fe2O3 +ZnO+2K2ZnO2 该电池正极发生的电极反应方程式为_____。

Answer 1

【答案】负 从右向左 Cu2＋＋2e－==Cu 0.4 Fe－6e－+8OH－==FeO42-＋4H2O 增大 0.28 2FeO42- +6e- +5H2O = Fe2O3 +10OH-

【解析】

(1)在原电池反应中，活动性：负极>正极；SO42-向正电荷多的区域移动；在电解池中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；

(2) 0.1mol Cu(OH)2的作用相当于0.1molCuO和0.1molH2O，加入0.1mol Cu(OH)2的溶液可复原，说明发生反应的物质有CuSO4、水，根据二者的物质的量计算电子转移数目；

(3)Fe是活性电极，阳极，发生氧化反应。结合溶液的酸碱性书写电极反应式；

(4)C作阴极，发生还原反应，根据溶液中c(H+)的改变判断pH变化；

(5)在原电池中，正极上发生还原反应，结合总反应方程式及溶液的酸碱性，可得正极电极反应式。

(1)由于金属活动性Zn>Cu，所以Zn作负极，发生反应：Zn-2e-=Zn2+，Zn2+进入溶液，使负极附近溶液的正电荷增多，根据异种电荷相互吸引，可知甲中SO42－向负极Zn电极区域移动，即从右向左移动；Cu活动性比Zn弱，作原电池的正极。右边的乙池为电解池，其中M电极与原电池的正极相连，作阳极，N电极与原电池的负极相连，作阴极，在阴极上发生还原反应，根据CuSO4溶液中阳离子的活动性：Cu2+>H+，所以在该电极上发生的反应为Cu2＋＋2e－=Cu。

(2) 加入0.1mol Cu(OH)2的溶液可复原，说明发生反应的物质有CuSO4、水，0.1mol Cu(OH)2的作用相当于有0.1molCuO和0.1molH2O反应；n(CuSO4)=0.1mol，转移电子的物质的量为0.1×2=0.2mol，又有0.1mol的水电解，其转移电子的物质的量为0.1×2=0.2mol，因此共转移电子的物质的量为0.4mol电子数目为0.4NA；

(3)在图2电解池中，Fe作阳极，失去电子，发生氧化反应，由于溶液显碱性，所以Y 极上 Fe 变为FeO42－的电极反应式为Fe－6e－+8OH－=FeO42-＋4H2O；

(4)在阴极X电极上，溶液中的H+不断放电产生氢气，使阴极负极溶液中c(OH-)增大，因此附近溶液的pH增大；在X电极发生反应：2H++2e-=H2↑，产生氢气，其物质的量n(H2)=0.672L÷22.4L/mol=0.03mol，在Y电极，首先发生反应：Fe－6e－+8OH－=FeO42-＋4H2O，然后发生反应4OH--4e-=O2↑+2H2O，产生氧气，析出氧气的物质的量n(O2)=0.168L÷22.4L/mol=0.0075mol。由于同一闭合回路中电子转移数目相等，所以2n(H2)=4n(O2)+6n(Fe)，2×0.03mol=4×0.0075mol+6n(Fe)，解得n(Fe)=0.005mol，则Y电极减少的Fe的质量为m(Fe)=0.005mol×56g/mol=0.28g；

(5)在正极上高铁酸根离子获得电子被还原，发生还原反应，电极反应式是：2FeO42- +6e- +5H2O = Fe2O3 +10OH-。