Question

3．某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究：

请回答：
I．用图1所示装置进行第一组实验
（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu做电极的是A（填字母序号）．
A．铝     B．石墨     C．银    D．铂
（2）N极发生反应的电极反应式为2H⁺+2e^-═H₂↑．
II．用图2所示装置进行第二组实验．实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清．（查阅资料发现，高铁酸根（FeO₄^2-）在溶液中呈紫红色．）
（3）电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O 和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
（4）若在X极收集到672mL气体，在Y极收集到168mL气体（均已折算为标准状况时气体体积），则Y电极（铁电极）质量减少0.28 g．

Answer 1

分析 Ⅰ．图1中，左边装置是原电池，较活泼的金属锌作负极，较不活泼的金属铜作正极，如果要找电极材料代替铜，所找材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，M是阳极，N是阴极，电解池中阴极上阳离子得电子发生还原反应，原电池放电时，阴离子向负极移动；
（1）在保证电极反应不变的情况下，仍然是锌作负极，则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属；
（2）N电极是电解池的阴极氢离子得到电子生成氢气；
Ⅱ．该电解池中，阳极材料是活泼金属，则电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，同时氢氧根离子失电子生成氧气，阴极上氢离子得电子发生还原反应，根据阴阳极上转移电子数相等计算铁反应的质量，在碱性锌电池中，正极上得电子发生还原反应；
（3）铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应；
（4）根据阴阳极上转移电子数相等计算铁反应的质量．

解答 解：I．（1）在保证电极反应不变的情况下，仍然是锌作负极，则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，铝是比锌活泼的金属，所以不能代替铜；
故答案为：A；
（2）N电极连接原电池负极，所以是电解池阴极，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；
II．（3）铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应，所以发生的电极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，
故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
（4）X电极上析出的是氢气，Y电极上析出的是氧气，且Y电极失电子进入溶液，
设铁质量减少为xg，
根据转移电子数相等得$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$×2=$\frac{0.168L}{22.4L}$×4×$\frac{xg}{56g/mol}×6$，x=0.28；
故答案为：0.28g．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，注意：电解池中如果活泼金属作阳极，则电解池工作时阳极材料失电子发生氧化反应，为易错点，注意电子守恒在计算中的应用，题目难度中等．