Question

【题目】某课外小组分别用如图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。

请回答：

Ⅰ．用如图1所示装置进行第一组实验：

（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu做电极的是_______（填字母序号）。

A. 铝 B. 石墨 C. 银 D. 铂

（2）M极发生反应的电极反应式为________；

（3）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有___________________，写出产生此现象的反应方程式：__________________；

Ⅱ．用如图2所示装置进行第二组实验：

（4）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（FeO42﹣）在溶液中呈紫红色。电解过程中，X极区溶液的pH________（填“增大”、“减小”或“不变”）；

（5）电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe﹣6e﹣+8OH﹣═FeO42﹣+4H2O 和 4OH﹣﹣4e﹣═2H2O+O2↑，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________g。

（6）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池总反应为：2K2FeO4+3Zn═Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2 该电池正极的电极反应式为________。

Answer 1

【答案】 A Fe﹣2e﹣+ 2OH﹣= Fe(OH)2 从右向左 滤纸上有红褐色斑点产生 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 增大 0.28 2FeO42﹣+ 6e﹣+ 5H2O ═ Fe2O3 + 10OH﹣

【解析】Ⅰ．(1)要保证电极反应不变，能够替代Cu做电极的必须是比Zn不活泼的导电物质作正极，Zn作负极，所以石墨、银、铂都可以替代Cu作正极，而铝比Zn活泼，所以不能替代Cu作正极，正确答案为A。

(2)M极与Cu—Zn原电池的正极Cu连接，作阳极，铁作为活性金属电极，将失去电子生成Fe2+，与溶液中OH﹣结合生成Fe(OH)2，所以电极反应式为Fe﹣2e﹣+2OH﹣= Fe(OH)2。

(3)在原电池内部的电解质溶液中，阴离子向负极移动，所以SO42﹣通过隔膜从右向左移动；在滴有NaOH溶液的滤纸上，M阳极附近生成的Fe(OH)2会迅速变为灰绿色，然后变为红褐色，N阴极上析出氢气，但观察不到现象，所以滤纸上能观察到的现象是先变灰绿色，然后变为红褐色；反应的方程式为4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3。

Ⅱ．(4)由装置图可知X(C)为阴极，Y(Fe)为阳极，结合题意可知铁失去电子结合OH-，生成高铁酸根（FeO42﹣），使溶液呈紫红色，在阴极X(C)附近的H+得到电子生成氢气，使溶液中的c(H+)减小，pH增大。

(5)若在X极收集到672mL氢气，即0.03mol，则得到电子n(e﹣)=0.06mol, 在Y极收集到168mL氧气，即0.0075mol，则失去电子n(e﹣)=0.03mol，根据电子转移守恒可得，铁失去的电子n(e﹣)=0.03mol，由电极反应式Fe﹣6e﹣+8OH﹣═FeO42﹣+4H2O可求得铁溶解减少的质量m(Fe)= = 0.28g。

(6)因为是碱性电池，OH﹣移向负极Zn，结合电池的总反应式可知，负极反应式为3Zn﹣6e﹣+ 10OH﹣= ZnO+2ZnO22- + 5H2O，用总反应式—负极反应式即得正极反应式为2FeO42﹣+ 6e﹣+ 5H2O ═ Fe2O3 + 10OH﹣。