Question

【題目】電化學綜合應用

(Ⅰ) 選擇合適的圖象：

（1）將等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸中，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系是_____________。

（2）將（1）中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖象是 。

(Ⅱ)如圖所示，某同學設計了一個燃料電池并探究氯堿工業原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。請按要求回答相關問題：

（1）甲烷燃料電池負極反應式是_________________________。

（2）乙裝置中鐵極的電極反應式為_______________________。

（3）檢驗石墨(C)極反應產物的方法是____________ _________。

（4）若在標準狀況下，有2.24 L氧氣參加反應，丙裝置中陰極析出銅的質量為________g。

(Ⅲ)Na2FeO4是一種既能殺菌、消毒，又能絮凝凈水的高效水處理劑，其電解制法如圖所示。電解過程中，兩極均有氣體產生，Y極區域溶液逐漸變成紫紅色；停止實驗，鐵電極明顯變細，電解液仍澄清。查閱資料得知，高鐵酸根離子(FeO)在溶液中呈紫紅色。

（1）電解過程中，X極區溶液的pH___________(填“增大”“減小”或“不變”)。

（2）電解過程中，Y極發生的電極反應為Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O和_____ _____。

（3）若在X極收集到672 mL氣體，在Y極收集到168 mL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__________g。

（4）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____________________________。

Answer 1

【答案】(Ⅰ)（1）A(2分) （2）C(2分)

(Ⅱ)（1）CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O(2分)（2）2H2O+2e-═H2+2OH-(2分)

（3）將濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在陽極附近，試紙變藍，證明生成氯氣(或取陽極附近溶液滴加淀粉KI溶液，變藍) (2分)（4）12.8(2分)

(Ⅲ)（1）增大(1分)（2）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(2分)

（3）0.28(2分)（4）2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-(2分)

【解析】

試題分析：(Ⅰ)（1）等質量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4中，同時向a中放入少量的CuSO4溶液，發生的反應為：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，銅-鐵-稀硫酸形成原電池，反應速率增大，反應用時少于b，但生成的氫氣少也少于b，圖象應為A；

（2）等質量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4中，同時向a中放入少量的醋酸鈉溶液，則醋酸鈉和硫酸反應生成醋酸和硫酸鈉，酸性減弱，所以速率減慢，但是氫離子的物質的量不變，所以反應產生氫氣的量不變，故答案為C；

(Ⅱ)（1）燃料電池中，負極上投放燃料所以投放甲烷的電極是負極，負極上失電子發生氧化反應，電極反應式為：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；

（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨電極是陽極，Fe電極是陰極，陽極上氯離子失電子發生氧化反應，電極反應式為：2Cl--2e-=Cl2↑，陰極上發生得電子的還原反應，即2H2O+2e-═H2↑+2OH-；

（3）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨電極是陽極，陽極上氯離子失電子發生氧化反應，電極反應式為：2Cl--2e-=Cl2↑，檢驗的方法為將濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在陽極附近，試紙變藍，證明生成氯氣；

(Ⅲ)（1）電解過程中，X電極上電極反應式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，所以c(OH-)增大，溶液的pH增大；

（2）Y電極上還發生的反應為Fe失電子和氫氧根離子反應生成高鐵酸根離子和水，電極反應式為Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O，并且氫氧根離子失電子發生氧化反應，電極反應為：4OH--4e-═2H2O+O2↑；

（3）X電極收集的氣體是氫氣，n(H2)==0.03mol，Y電極析出氧氣的物質的量==0.0075mol，根據轉移電子相等得鐵溶解的質量=×56g/mol=0.28g；

（3）正極上高鐵酸根離子得電子和水反應生成氧化鐵和氫氧根離子，電極反應式為2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-。