Question

20．某課外小組分別用圖所示裝置對原電池和電解池原理進(jìn)行實驗探究．
請回答：
Ⅰ．用圖1、2所示裝置進(jìn)行第一組實驗CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O．
（1）A極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）N極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑．
（3）濾紙上能觀察到的現(xiàn)象有濾紙上有紅褐色斑點產(chǎn)生．
（4）標(biāo)準(zhǔn)狀況11.2L CH₄反應(yīng)則圖2可收集氣體44.8L（標(biāo)況）
Ⅱ．用圖3所示裝置進(jìn)行第二組實驗．實驗過程中，兩極均有氣體產(chǎn)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(xì)，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．
（5）電解過程中，X極區(qū)溶液的pH增大（填“增大”“減小”或“不變”）．
（6）電解過程中，Y極發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
（7）若在X極收集到672mL氣體，在Y極收集到168mL氣體（均已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況時氣體體積），則Y電極（鐵電極）質(zhì)量減少0.28 g．
（8）在堿性鋅電池中，用高鐵酸鉀作為正極材料，電池反應(yīng)為：2K₂FeO₄+3Zn═Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂該電池正極發(fā)生的反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2FeO₄^2ˉ+6eˉ+5H₂O=Fe₂O₃+10OHˉ．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）A是原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）N極與電源的負(fù)極相連是電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）圖2中陽極鐵失去電子變成亞鐵離子，亞鐵離子與氫氧根離子結(jié)合成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵迅速被氧化成紅褐色沉淀氫氧化鐵沉淀；
（4）根據(jù)整個過程轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，分析解答；
（5）電解過程中，陰極上氫離子放電生成氫氣，則陰極附近氫氧根離子濃度大于氫離子溶液，溶液呈堿性；
（6）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(yīng)，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂；
（7）X電極上析出的是氫氣，Y電極上析出的是氧氣，且Y電極失電子進(jìn)入溶液，設(shè)鐵質(zhì)量減少為xg，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$×2=$\frac{0.168L}{22.4L/mol}$×4+
$\frac{xg}{56g/mol}$×6；
（8）在堿性鋅電池中，鋅做負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，K₂FeO₄在正極發(fā)生還原反應(yīng)生成氧化鐵，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式，注意電解質(zhì)溶液為堿性溶液．

解答 解：Ⅰ．（1）A是原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH-=CO₃^2-+7H₂O；（1）A
（2）N極與電源的負(fù)極相連是電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）圖2中陽極鐵失去電子變成亞鐵離子，亞鐵離子與氫氧根離子結(jié)合成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵迅速被氧化成紅褐色沉淀氫氧化鐵沉淀，故答案為：濾紙上有紅褐色斑點產(chǎn)生；
（4）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等可得：CH₄～8e-～4H₂，
                            1        4
                          11.2L    44.8L
故答案為：44.8L；
（5）電解過程中，陰極上氫離子放電生成氫氣，則陰極附近氫氧根離子濃度大于氫離子溶液，溶液呈堿性，溶液的pH增大，故答案為：增大；
（6）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(yīng)，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
（7）X電極上析出的是氫氣，Y電極上析出的是氧氣，且Y電極失電子進(jìn)入溶液，設(shè)鐵質(zhì)量減少為xg，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$×2=$\frac{0.168L}{22.4L/mol}$×4+
$\frac{xg}{56g/mol}$×6，解得x=0.28g，故答案為：0.28；
（8）在堿性鋅電池中，鋅做負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，K₂FeO₄在正極發(fā)生還原反應(yīng)生成氧化鐵，正極的電極反應(yīng)式為2FeO₄^2ˉ+6eˉ+5H₂O=Fe₂O₃+10OHˉ，
故答案為：2FeO₄^2ˉ+6eˉ+5H₂O=Fe₂O₃+10OHˉ．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，為高頻考點，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，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(yīng)，為易錯點，難度中等；