Question

19．（1）铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈．请讨论电化学实验中有关铁的性质．

①某原电池装置如图所示，图1右侧烧杯中的电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂，左侧烧杯中的c（Cl^-）增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，且在同侧电极（指均在“左电极”或“右电极”）产生H₂．请在两池上标出电极材料（填“Fe”或“C”）．
（2）用高铁（Ⅵ）酸盐设计的高铁（Ⅵ）电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应为3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O═3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH．
①写出正极反应式：FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-．
②用高铁（Ⅵ）电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2molK₂FeO₄反应时，则在电解池中生成H₂6.72L（标准状况）．

Answer 1

分析 （1）①图1为原电池反应，Fe为负极，发生：Fe-2e^-=Fe^2-，石墨为正极，发生2H⁺+2e^-=H₂↑；原电池中阴离子向负极移动；
②Fe和H₂SO₄构成原电池或电解池时，Fe作负极或阳极，结合电解池和原电池的原理分析回答；
（2）①放电时，K₂FeO₄在正极上得电子发生还原反应生成Fe（OH）₃；
②以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，阴极氢离子得电子生成氢气，2H⁺+2e^-=H₂↑，根据转移电子守恒计算生成氢气．

解答 解：（1）①图中为原电池反应，Fe为负极，发生：Fe-2e^-=Fe^2-，石墨为正极，发生2H⁺+2e^-=H₂；原电池中阴离子向负极移动，所以左侧烧杯中的c（Cl^-）增大；
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂；增大；
②Fe和H₂SO₄之间的反应，如果设计电解池实现，金属铁作阳极，阳极：Fe-2e^-=Fe²⁺，电解质为硫酸，阴极是氢离子放电，电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，即阳极为铁，阴极为C；如果设计原电池实现，金属铁作负极，负极：Fe-2e^-=Fe²⁺，电解质为硫酸，正极是氢离子放电，电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，即负极为铁，正极为C；
故答案为：甲：左边为Fe，右边为C；乙：左边为Fe，右边为C；
（2）①放电时，K₂FeO₄在正极上得电子发生还原反应生成Fe（OH）₃，则正极的电极反应式为FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-，
故答案为：FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-；
②以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，阴极氢离子得电子生成氢气，2H⁺+2e^-=H₂↑，当电池中有0.2molK₂FeO₄反应时，转移0.6mol电子，则生成0.3mol氢气，其体积为6.72L；
故答案为：6.72．

点评 本题考查了原电池原理和电解池原理的应用，根据元素化合价变化确定正负极、阴阳极上发生的反应，难点是电极反应式的书写和电子守恒在计算中的应用，题目难度中等．