Question

【題目】氫能是發(fā)展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲(chǔ)存和應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)。化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來(lái)源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時(shí)獲得氫氣：Fe+2H2O+2OH―= FeO42―+3H2↑，工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色FeO42―，鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過(guò)高，鐵電極區(qū)會(huì)產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知：Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

(1)鐵作________極，電極反應(yīng)式為___________________________________________________。

(2)每制得1mol Na2FeO4，理論上可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況 ____________ L 氣體。

(3)電解一段時(shí)間后，c（OH―）降低的區(qū)域在_______________________（填“陰極室”或“陽(yáng)極室”）。

(4)電解過(guò)程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，其原因?yàn)?/span>_____________________。

(5)c（Na2FeO4）隨初始c（NaOH）的變化如圖2，分析M點(diǎn)c（Na2FeO4）低于最高值的原因_______________________。

Answer 1

【答案】陽(yáng)極 Fe- 6e- +8OH- FeO42- + 4H2O 67.2L 陽(yáng)極室 防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低 在M點(diǎn)c(OH-)低，Na2FeO4穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢，在N點(diǎn)c(OH-)過(guò)高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低

【解析】

(1)電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時(shí)獲得氫氣，根據(jù)總反應(yīng)：Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑來(lái)回答；

(2) 根據(jù)總反應(yīng): Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑來(lái)計(jì)算；

(3)根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子減少；

(4) 氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原.電解過(guò)程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低；

(5)根據(jù)題意Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，在M點(diǎn)，c(OH -)低，Na2FeO4穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢，在N點(diǎn) c(OH -)過(guò)高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低。

(1)電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時(shí)獲得氫氣，根據(jù)總反應(yīng)：Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑，所以金屬鐵是陽(yáng)極，該電極上金屬鐵發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，即Fe- 6e- +8OH- FeO42- + 4H2O；

(2)據(jù)總反應(yīng)：Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑，每制得1molNa2FeO4，理論上可以產(chǎn)生氫氣3mol，即標(biāo)準(zhǔn)狀況體積是3mol× 22.4L/mol= 67.2L；

(3)根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子減少，因此電解一段時(shí)間后，c(OH -)降低的區(qū)域在陽(yáng)極室；

(4)氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。電解過(guò)程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低；

(5)根據(jù)題意Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，在M點(diǎn)c(OH-)低，Na2FeO4穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢，在N點(diǎn)c(OH-)過(guò)高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低。