Question

2．某課外小組分別用如圖所示裝置對原電池和電解原理進行實驗探究．

請回答：
I．用圖1所示裝置進行第一組實驗．
（1）在保證電極反應不變的情況下，不能替代Cu做電極的是A（填字母序號）．
A．鋁B．石墨C．銀D．鉑
（2）N極發生反應的電極反應式為2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-）．
（3）實驗過程中，濾紙上能觀察到的現象有濾紙上有紅褐色斑點產生．
Ⅱ．用圖2所示裝置進行第二組實驗．實驗過程中，兩極均有氣體產生，Y極區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．查閱資料發現，高鐵酸根（FeO₄^2-）在溶液中呈紫紅色．
（4）電解過程中，X極區溶液的pH增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（5）電解過程中，Y極發生的電極反應為Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，若在X極收集到672mL氣體，在Y極收集到168mL氣體（均已折算為標準狀況時氣體體積），則Y電極（鐵電極）質量減少0.28 g．
（6）在堿性鋅電池中，用高鐵酸鉀作為正極材料，電池反應為：2K₂FeO₄+3Zn═Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂，該電池正極發生的反應的電極反應式為2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O=Fe₂O₃+10OH^-．

Answer 1

分析 Ⅰ圖1中，左邊裝置是原電池，較活潑的金屬鋅作負極，較不活潑的金屬銅作正極，如果要找電極材料代替銅，所找材料必須是不如鋅活潑的金屬或導電的非金屬，M是陽極，N是陰極，電解池中陰極上陽離子得電子發生還原反應，原電池放電時，陰離子向負極移動；
Ⅱ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生還原反應，根據陰陽極上轉移電子數相等計算鐵反應的質量，在堿性鋅電池中，正極上得電子發生還原反應．

解答 解：（1）在保證電極反應不變的情況下，仍然是鋅作負極，則正極材料必須是不如鋅活潑的金屬或導電的非金屬，鋁是比鋅活潑的金屬，所以不能代替銅，
故答案為：A；
（2）N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生還原反應，電極反應式為：2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-），
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-）；
（3）電解池中，陰極上氫離子得電子生成氫氣，陽極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵被氧氣氧化生成氫氧化鐵，所以濾紙上有紅褐色斑點產生，
故答案為：濾紙上有紅褐色斑點產生；
（4）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；
（5）X電極上析出的是氫氣，Y電極上析出的是氧氣，且Y電極失電子進入溶液，設鐵質量減少為xg，根據轉移電子數相等得$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$×2=$\frac{0.168L}{22.4L/mol}$×4+
$\frac{xg}{56g/mol}$×6，解得x=0.28g，故答案為：0.28；
（6）正極上高鐵酸根離子得電子發生還原反應，反應方程式為2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O═Fe₂O₃+10OH^-，故答案為：2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O═Fe₂O₃+10OH^-．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，為高頻考點，側重于學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生氧化反應，為易錯點，難度中等．