Question

高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有高效的消毒作用，為一種新型非氯高效消毒劑．電解法制備高鐵酸鉀操作簡便，成功率高，易于實驗室制備．其原理如圖所示．
Ⅰ．實驗過程中，兩極均有氣體產生，Y極區(qū)溶液逐漸變成紫紅色；停止實驗，鐵電極明顯變細，電解液仍然澄清．查閱資料發(fā)現(xiàn)，高鐵酸根（FeO₄^2-）在溶液中呈紫紅色．
（1）電解過程中，X極是

陰

極，電極反應是

2H⁺+2e^-=H₂↑

．
（2）電解過程中，Y極放電的有

Fe和OH^-

．
（3）生成高鐵酸根（FeO₄^2-）的電極反應是

Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O

．
Ⅱ．若用不同種電池作為上述實驗的電源，請分析電池反應．
（1）鉛蓄電池總的化學方程式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄

充電

放電

2H₂O+2PbSO₄，則它在充電時的陽極反應為

PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺

．
（2）鎳鎘堿性充電電池在放電時，其兩極的電極反應如下：
正極：2NiOOH+2H₂O+2e^-=2Ni（OH）₂+2OH^-
負極：Cd+2OH^--2e^-=Cd（OH）₂
則它在放電時的總反應的化學方程式為

Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂

．
（3）肼（N₂H₄）是一種可燃性液體，可用作火箭燃料．已知在25℃、101kPa時，32.0g N₂H₄在氧氣中完全燃燒生成氮氣和液態(tài)水，放出624kJ的熱量，則N₂H₄完全燃燒的熱化學方程式是

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

；肼-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液，放電時負極的電極反應是

N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑

．
（4）以丙烷為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負極通入丙烷，電解質是熔融碳酸鹽，電池總反應方程式為：C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O．
寫出該電池正極的電極反應：

O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-

．
（5）當制備相同物質的量的高鐵酸鉀時，理論上，上述四種電池中分別消耗的Pb、Cd、肼、丙烷的物質的量之比是

10：10：5：1

．

Answer 1

分析：Ⅰ．根據電源的正負極判斷電極名稱，該電解池中，陽極材料是活潑金屬，則電解池工作時，陽極上鐵失電子發(fā)生氧化反應，同時氫氧根離子失電子生成氧氣，陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應；
Ⅱ．（1）充電時，陽極上硫酸鉛失電子發(fā)生氧化反應，PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
（2）將正負極電極反應式相加可得總反應方程式；
（3）根據肼和反應熱的關系計算出其燃燒熱，并寫出其相應的熱化學方程式；燃料電池中，負極上投放的是燃料，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應；
（4）正極上氧氣得電子放電；
（5）制備相同物質的量的高鐵酸鉀時轉移的電子數相等．

解答：解：Ⅰ．（1）X電極連接原電池負極，所以是電解池陰極，陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為：2H⁺+2e^-═H₂↑，故答案為：陰；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）鐵是活潑金屬，電解池工作時，陽極上鐵失電子發(fā)生氧化反應，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應，所以發(fā)生的電極反應式為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案為：Fe和OH^-；
（3）鐵是活潑金屬，電解池工作時，陽極上鐵失電子發(fā)生氧化反應，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應，所以發(fā)生的電極反應式為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
Ⅱ．（1）充電時，陽極上硫酸鉛失電子發(fā)生氧化反應，PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-，故答案為：PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺；
（2）將正負極電極反應式相加可得總反應方程式：Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂，故答案為：Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂；
（3）32.0g肼的物質的量為1mol，1molN₂H₄在氧氣中完全燃燒生成氮氣放出熱量624kJ，所以其熱化學反應方程式為：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol，在燃料電池中負極是失去電子的，所以肼在負極通入，發(fā)生氧化反應，氧化產物是氮氣，反應式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，故答案為：N₂H₄（1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624kJ/mol；N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；
（4）負極通入丙烷，丙烷的氧化產物是CO2和水，由于電解質水熔融的碳酸鹽，所以電極反應式為C₃H₈-20e^-+10CO₃^2-=13CO₂+4H₂O，根據總反應式可知，正極反應式為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
（5）1molPb、Cd、肼、丙烷失去的電子分別為2mol、2mol、4mol、20mol，所以根據得失電子守恒可知，Pb、Cd、肼、丙烷的物質的量之比是10：10：5：1，
故答案為：10：10：5：1．

點評：本題考查了原電池和電解池原理，注意：電解池中如果活潑金屬作陽極，則電解池工作時陽極材料失電子發(fā)生氧化反應，為易錯點．