Question

18．電化學探究題
（1）某研究小組設想用如圖1所示的裝置利用電化學原理生產硫酸．

該裝置為原電池（填“原電池”或“電解池”），通入O₂的電極的電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，總反應的化學方程式為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
（2）某課外活動小組設計了如圖2所示的裝置，調節滑動變阻器，控制電流強度適中的情況下用其進行緩慢電解NaCl溶液及相關實驗（此時，打開止水夾a，關閉止水夾b）．由于粗心，實驗并未達到預期目的，（陽離子交換膜只允許陽離子和水的通過）．請幫助他們分析并回答下列問題：
ⅰ．裝置B中的陰極反應式2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑）； 觀察到A裝置中的三個現象依次是A燒杯中的水倒吸并產生紅色噴泉、燒瓶中液面上升到高于左側尖嘴一定程度后又逐漸下落至與尖嘴相平、最后A燒杯溶液呈紅色，導管有氣泡溢出．
ⅱ．拔下Fe電極，向該電極所處溶液加入一種黃色的由4種元素組成的化合物的溶液會有某種現象產生以檢驗該電極反應產生的離子，用離子方程式表示檢驗反應3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓．
ⅲ．想達到電解NaCl溶液的目的，可以改進裝置或操作，請提出你的意見：把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或將裝置中兩電極換位置等．

Answer 1

分析 （1）如圖1裝置二氧化硫與氧氣發生氧化還原反應，構成閉合回路，形成原電池；氧氣為正極，發生還原反應，電池的總反應式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；
（2）ⅰ．電解氯化鈉時，在電解池的陽極是活潑電極鐵本身失去電子發生氧化反應，即陰極上是電解質中的陽離子發生得電子的還原反應；裝置A是引發噴泉實驗的裝置，燒瓶內外存在壓強差時就會產生噴泉，根據大氣壓強原理確定噴泉實驗結束時的液面高低變化情況，根據溶液的酸堿性確定溶液顏色的變化情況；
ⅱ．根據亞鐵離子遇K₃[Fe（CN）₆]會出再藍色沉淀來檢驗亞鐵離子的存在；
ⅲ．在電解飽和食鹽水時，要實現電解氯化鈉溶液的目的，應該選擇惰性電極進行電解．

解答 解：（1）如圖1裝置二氧化硫與氧氣發生氧化還原反應，構成閉合回路，形成原電池；氧氣為正極，發生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，電池的總反應式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，故答案為：原電池；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；
（2）在電解池的陽極是活潑電極本身失去電子發生氧化反應，Fe-2e^-═Fe²⁺，陰極上是電解質中的陽離子氫離子發生得電子的還原反應，即2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑），在電解池中，因為在陰極鉑電極上產生了氫氣，所以導致A燒杯中氣壓增大，氨氣和水接觸后，因氨氣極易溶于水導致水倒吸并產生紅色噴泉，當燒瓶中液面上升到高于左側導管一定程度后又逐漸下落至與導管相平時，燒瓶內外壓強相等，噴泉現象結束，由于氨水顯堿性，所以最后A燒杯溶液呈紅色，并且在導管有氣泡氫氣溢出，故答案為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑）；A燒杯中的水倒吸并產生紅色噴泉；
ⅱ．含Fe²⁺的溶液與鐵氰化鉀K₃[Fe（CN）₆]溶液反應生成具有特征藍色的鐵氰化亞鐵沉淀，離子方程式為：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，故答案為：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓；
ⅲ．在電解飽和食鹽水時，要實現電解氯化鈉溶液的目的，應該選擇惰性電極進行電解，可以把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或將裝置中兩電極換位置等，
故答案為：把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或將裝置中兩電極換位置等．

點評 本題目是電解池的工作原理和噴泉實驗相結合的一道綜合知識題目，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度較大．