Question

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图14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，SO₄^2-

 

（填“从左向右”“从右向左”或“不”）移动；滤纸上能观察到的现象有

 

．
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，高铁酸银（FeO

2- 4

）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

 

．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理,电解原理

专题：电化学专题

分析：Ⅰ图1中，左边装置是原电池，较活泼的金属锌作负极，较不活泼的金属铜作正极，如果要找电极材料代替铜，所找材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，M是阳极，N是阴极，电解池中阴极上阳离子得电子发生还原反应，原电池放电时，阴离子向负极移动；
Ⅱ该电解池中，阳极材料是活泼金属，则电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，同时氢氧根离子失电子生成氧气，阴极上氢离子得电子发生还原反应，根据阴阳极上转移电子数相等计算铁反应的质量，在碱性锌电池中，正极上得电子发生还原反应．

解答： 解：（1）在保证电极反应不变的情况下，仍然是锌作负极，则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，镁是比锌活泼的金属，所以不能代替铜，故选：B；
（2）原电池放电时，阴离子向负极移动，所以硫酸根从右向左移动，电解池中，阴极上氢离子得电子生成氢气，阳极上铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧气氧化生成氢氧化铁，所以滤纸上有红褐色斑点产生，故答案为：从右向左，滤纸上有红褐色斑点产生；
（3）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；
（4）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↑；
（5）X电极上析出的是氢气，2H⁺+2e^-═H₂↑，当收集到672mL气体即

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol气体时，转移电子的量是0.06mol，铁质量减少为0.28g即0.005mol，转移电子是0.03mol，所以产生氧气转移电子是0.03mol，根据电极反应式：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，转移电子0.03mol生成氧气是0.0075mol，体积是0.0075mol×22.4L/mol=0.168L=168mL，故答案为：168；
（6）Y电极上析出的是氧气，且Y电极失电子进入溶液，铁质量减少为0.28g即0.005mol，根据转移电子数相等得正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应，反应方程式为2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O═Fe₂O₃+10OH^-，
故答案为：2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O═Fe₂O₃+10OH^-．

点评：本题考查了原电池和电解池原理，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．