Question

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

阴

极，电极反应是

2H⁺+2e^-=H₂↑

．
（2）电解过程中，Y极放电的有

Fe和OH^-

．
（3）生成高铁酸根（FeO₄^2-）的电极反应是

Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O

．
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：Pb+PbO₂+2H₂SO₄

充电

放电

2H₂O+2PbSO₄，则它在充电时的阳极反应为

PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺

．
（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

Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂

．
（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

N₂H₄（1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624kJ/mol

；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

N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑

．
（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：

O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-

．
（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

10：10：5：1

．

Answer 1

分析：Ⅰ．根据电源的正负极判断电极名称，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；
Ⅱ．（1）充电时，阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应，PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
（2）将正负极电极反应式相加可得总反应方程式；
（3）根据肼和反应热的关系计算出其燃烧热，并写出其相应的热化学方程式；燃料电池中，负极上投放的是燃料，负极上燃料失电子发生氧化反应；
（4）正极上氧气得电子放电；
（5）制备相同物质的量的高铁酸钾时转移的电子数相等．

解答：解：Ⅰ．（1）X电极连接原电池负极，所以是电解池阴极，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H⁺+2e^-═H₂↑，故答案为：阴；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）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：Fe和OH^-；
（3）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：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
Ⅱ．（1）充电时，阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应，PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-，故答案为：PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺；
（2）将正负极电极反应式相加可得总反应方程式：Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂，故答案为：Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂；
（3）32.0g肼的物质的量为1mol，1molN₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气放出热量624kJ，所以其热化学反应方程式为：N₂H₄（l）+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↑，故答案为：N₂H₄（1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624kJ/mol；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：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
（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，
故答案为：10：10：5：1．

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．