Question

【題目】某課外小組分別用下圖所示裝置對原電池和電解原理進行實驗探究。

請回答：

用圖 1 所示裝置進行第一組實驗（K 閉合）

(1)Zn 極為_____極。實驗過程中，甲中 SO42－________________（填“從左向右”、“從右向左”或“不”）移動；反應初期乙中 N 極發生的電極反應為_________________________________。

(2)反應一段時間后，打開 K，向乙中加入 0.1mol Cu(OH)2 后恰好復原，則上述電解過程中轉移的電子數為______________NA。用圖 2 所示裝置進行第二組實驗。實驗中兩極均有氣體產生，且 Y 極區產生 FeO42－，溶液呈淺紫紅色。

(3)Y 極上 Fe 變為FeO42－的電極反應式為________________

(4)電解過程中，X 極區溶液的 pH_____（填“增大” 、“減小”或“不變”）。若在 X 極收集到 672 mL 氣體，在 Y 極收集到 168 mL 氣體（均為標準狀況），則 Y 電極質量減少_____g。

(5)在堿性鋅電池中，用高鐵酸鉀作為正極材料，電池反應式為：2K2FeO4+3Zn = Fe2O3 +ZnO+2K2ZnO2 該電池正極發生的電極反應方程式為_____。

Answer 1

【答案】負 從右向左 Cu2＋＋2e－==Cu 0.4 Fe－6e－+8OH－==FeO42-＋4H2O 增大 0.28 2FeO42- +6e- +5H2O = Fe2O3 +10OH-

【解析】

(1)在原電池反應中，活動性：負極>正極；SO42-向正電荷多的區域移動；在電解池中，陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應；

(2) 0.1mol Cu(OH)2的作用相當于0.1molCuO和0.1molH2O，加入0.1mol Cu(OH)2的溶液可復原，說明發生反應的物質有CuSO4、水，根據二者的物質的量計算電子轉移數目；

(3)Fe是活性電極，陽極，發生氧化反應。結合溶液的酸堿性書寫電極反應式；

(4)C作陰極，發生還原反應，根據溶液中c(H+)的改變判斷pH變化；

(5)在原電池中，正極上發生還原反應，結合總反應方程式及溶液的酸堿性，可得正極電極反應式。

(1)由于金屬活動性Zn>Cu，所以Zn作負極，發生反應：Zn-2e-=Zn2+，Zn2+進入溶液，使負極附近溶液的正電荷增多，根據異種電荷相互吸引，可知甲中SO42－向負極Zn電極區域移動，即從右向左移動；Cu活動性比Zn弱，作原電池的正極。右邊的乙池為電解池，其中M電極與原電池的正極相連，作陽極，N電極與原電池的負極相連，作陰極，在陰極上發生還原反應，根據CuSO4溶液中陽離子的活動性：Cu2+>H+，所以在該電極上發生的反應為Cu2＋＋2e－=Cu。

(2) 加入0.1mol Cu(OH)2的溶液可復原，說明發生反應的物質有CuSO4、水，0.1mol Cu(OH)2的作用相當于有0.1molCuO和0.1molH2O反應；n(CuSO4)=0.1mol，轉移電子的物質的量為0.1×2=0.2mol，又有0.1mol的水電解，其轉移電子的物質的量為0.1×2=0.2mol，因此共轉移電子的物質的量為0.4mol電子數目為0.4NA；

(3)在圖2電解池中，Fe作陽極，失去電子，發生氧化反應，由于溶液顯堿性，所以Y 極上 Fe 變為FeO42－的電極反應式為Fe－6e－+8OH－=FeO42-＋4H2O；

(4)在陰極X電極上，溶液中的H+不斷放電產生氫氣，使陰極負極溶液中c(OH-)增大，因此附近溶液的pH增大；在X電極發生反應：2H++2e-=H2↑，產生氫氣，其物質的量n(H2)=0.672L÷22.4L/mol=0.03mol，在Y電極，首先發生反應：Fe－6e－+8OH－=FeO42-＋4H2O，然后發生反應4OH--4e-=O2↑+2H2O，產生氧氣，析出氧氣的物質的量n(O2)=0.168L÷22.4L/mol=0.0075mol。由于同一閉合回路中電子轉移數目相等，所以2n(H2)=4n(O2)+6n(Fe)，2×0.03mol=4×0.0075mol+6n(Fe)，解得n(Fe)=0.005mol，則Y電極減少的Fe的質量為m(Fe)=0.005mol×56g/mol=0.28g；

(5)在正極上高鐵酸根離子獲得電子被還原，發生還原反應，電極反應式是：2FeO42- +6e- +5H2O = Fe2O3 +10OH-。