Question

10．某反應中反應物與生成物有：FeCl₂、FeCl₃、CuCl₂、Cu．
（1）將上述反應設計成的原電池如圖甲所示，請回答下列問題：
①圖中X溶液是FeCl₃和FeCl₂．
②原電池工作時，鹽橋中的K⁺離子（填“K⁺”或“Cl^-”）不斷進入X溶液中．
（2）將上述反應設計成的電解池如圖乙所示，乙燒杯中金屬陽離子的物質的量與電子轉移的物質的量的變化關系如圖丙，請回答下列問題：
①M是負極．
②圖丙中的②線是Fe²⁺離子的變化．
③當電子轉移為2mol時，向乙燒杯中加入2.8L 5mol•L^-1NaOH溶液才能使所有的金屬陽離子沉淀完全．
（3）鐵的重要化合物高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種新型飲用水消毒劑，具有很多優(yōu)點．從環(huán)境保護的角度看，制備Na₂FeO₄較好的方法為電解法，其裝置如圖Ⅰ所示．      
①電解過程中陽極的電極反應式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．
②圖Ⅰ裝置中的電源采用 NaBH₄（B元素的化合價為+3價）和H₂O₂作原料的燃料電池，電源工作原理如圖Ⅱ所示．工作過程中該電源的正極反應式為H₂O₂+2e^-=2OH^-．

Answer 1

分析 （1）①該反應為2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂，Cu做負極，石墨為正極，X為FeCl₃和FeCl₂溶液；
②鹽橋中陽離子向正極移動；
（2）①根據丙圖可知溶液中有三種金屬陽離子，而根據X的成分可知X中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu²⁺生成，因此Cu做陽極，石墨做陰極；
②根據轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量的變化確定曲線對應的離子；
③結合轉移電子的物質的量計算；
（3）①用電解法制備鐵酸鈉，電解時鐵失去電子發(fā)生氧化反應結合氫氧根離子生成鐵酸跟離子和水；
②H₂O₂在正極發(fā)生還原反應，得到電子被還原生成OH^-．

解答 解：（1）①據反應物和生成物可以確定該反應為2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂，所以X為FeCl₃和FeCl₂溶液，
故答案為：FeCl₃和FeCl₂；
②Cu做負極，石墨作正極，鹽橋中陽離子向正極移動，則K⁺不斷移向正極即進入X溶液中，
故答案為：K⁺；
（2）①根據丙圖可知溶液中有三種金屬陽離子，而根據X的成分可知X中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu²⁺生成，因此Cu做陽極，石墨做陰極，則M為負極，N為正極；
故答案為：負；
②在電解過程中有Cu²⁺生成，則Cu²⁺的物質的量從零逐漸增大，所以③為Cu²⁺，
由圖可知，①表示的金屬離子的物質的量正極減少，則為Fe³⁺，所以②為Fe²⁺，
故答案為：Fe²⁺；
③當電子轉移為2mol時，溶液中有Fe³⁺ 2mol，F(xiàn)e²⁺ 3mol，Cu²⁺為1mol，所以需要加入NaOH溶液14mol，所以NaOH溶液等體積為$\frac{14mol}{5mol/L}$=2.8L，
故答案為：2.8；
（3）①用鐵做陽極電解氫氧化鈉制備鐵酸鈉，電解時鐵失去電子發(fā)生氧化反應結合氫氧根離子生成鐵酸跟離子和水，電極反應式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
②NaBH₄（B元素的化合價為+3價）和H₂O₂作原料的燃料電池，H₂O₂在正極發(fā)生還原反應，得到電子被還原生成OH^-，電極反應式為：H₂O₂+2e^-=2OH^-；
故答案為：H₂O₂+2e^-=2OH^-．

點評 本題綜合電解原理以及原電池知識，綜合性強，難度大，主要考查學生分析問題的能力，是高考的熱點習題．