Question

【題目】鐵、鋁等金屬單質及其化合物在生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應用。

（1）金屬冶煉與處理常涉及氧化還原反應，由下列物質冶煉相應金屬單質時采用電解法的是_________。

a.Fe2O3 b.NaCl c.Cu2S d.Al2O3

（2）某研究性學習小組設計了如圖所示裝置探究鋼鐵的腐蝕與防護。

為防止金屬Fe被腐蝕，可以采用上述_______（填裝置序號）裝置原理進行防護；裝置③中總反應的離子方程式為______________________________________________。

（3）利用甲醇（CH3OH）、氧氣組成燃料電池，電解質溶液為堿性，電池工作時負極反應式為_____________。

（4）氨氣也可作為燃料電池的燃料源制成高效率無污染的燃料電池系統(tǒng)，總反應式為：（未配平），寫出此堿性燃料電池的負極反應式：_______。

（5）高鐵酸鉀（K2FeO4）是一種強氧化劑，可作為水處理劑和高容量電池材料。與MnO2-Zn電池類似，K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，其電極反應式為_________________________。

（6）科學家制造出一種使用固體電解質的燃料電池，其效率高無污染，多用于航天航空。如圖所示裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO3固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O2-（O2+4e-＝2O2-），d電極上的電極反應式為_____________________。

Answer 1

【答案】 bd ②③ 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32－＋6H2O 2NH3－6e－＋6OH－＝N2＋6H2O FeO42－＋3e－＋4H2O＝Fe(OH)3↓＋5OH－ CH4－8e－＋4O2－＝CO2＋2H2O

【解析】分析：（1）根據(jù)活潑性金屬一般采用電解法冶煉分析；

（2）要防止金屬鐵被腐蝕，則需要將鐵作原電池的正極或電解池的陰極；惰性電極電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉，據(jù)此書寫總反應式；

（3）甲醇在負極發(fā)生失去電子的氧化反應，結合電解質溶液的酸堿性書寫電極反應式；

（4）氨氣在負極發(fā)生失去電子的氧化反應，結合電解質溶液的酸堿性書寫電極反應式；

（5）高鐵酸鉀得到電子被還原為氫氧化鐵，結合電解質溶液的性質解答；

（6）根據(jù)電流的方向判斷正負極，結合放電微粒書寫電極反應式。

詳解：（1）a.鐵是較活潑的金屬，工業(yè)上利用還原劑還原Fe2O3冶煉金屬鐵，a錯誤；b.鈉是活潑的金屬，工業(yè)上通過電解熔融的NaCl冶煉金屬鈉，b正確；c.銅是不活潑的金屬，工業(yè)上通過Cu2S與氧氣在高溫下反應制備，即火法煉銅，c錯誤；d.鋁是活潑的金屬，工業(yè)上通過電解熔融的Al2O3冶煉金屬鋁，d正確。答案選bd；

（2）①裝置是原電池，金屬性Fe＞Cu，鐵是負極，發(fā)生失去電子的氧化反應，鐵被腐蝕；②裝置是原電池，金屬性Fe＜Zn，鐵是正極，被保護；③裝置是電解池，鐵與電源的負極相連，作陰極，被保護，因此為防止金屬Fe被腐蝕，可以采用上述②③裝置原理進行防護；裝置③中電解飽和食鹽水，陽極氯離子放電，陰極氫離子放電，則總反應的離子方程式為2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

（3）原電池中負極發(fā)生失去電子的氧化反應，則甲醇在負極通入，由于電解質溶液顯堿性，則電池工作時負極反應式為CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32－＋6H2O。

（4）根據(jù)總反應式可判斷氨氣發(fā)生失去電子的氧化反應，氧化產(chǎn)物是氮氣，由于電解質溶液顯堿性，則此堿性燃料電池的負極反應式為2NH3－6e－＋6OH－＝N2＋6H2O；

（5）K2FeO4在電池中作為正極材料，得到電子生成氫氧化鐵，由于電解質溶液顯堿性，則其電極反應式為FeO42－＋3e－＋4H2O＝Fe(OH)3↓＋5OH－。

（6）根據(jù)電流方向可知c電極是正極，b電極是負極。甲烷在負極發(fā)生失去電子的氧化反應，由于其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO3固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O2-（O2+4e-＝2O2-），因此d電極上的電極反應式為CH4－8e－＋4O2－＝CO2＋2H2O。