Question

某课外小组分别用图所示装置对原电池和电解原理及其应用进行实验探究．请回答以下问题．
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↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-）

．
（3）实验过程中，SO₄^2-

从右向左

（填“从左向右”、“从右向左”或“不”）移动；滤纸上能观察到的现象有

滤纸上有红褐色斑点产生

．
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．
（4）电解过程中，X极区溶液的pH

增大

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（5）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↑

．
（6）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．
III、分别放在图3装置（都盛有0.1mol?L^-1的H₂SO₄溶液）中的四块相同的纯锌片，其中腐蚀最快的是

C

．
（8）利用图4装置，可以模拟铁的电化学防护．其中X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于

N

处．若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为

外加电流的阴极保护法

．

Answer 1

分析：Ⅰ、（1）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；
（2）M是阳极，N是阴极，电解池阴极上氢离子得电子发生还原反应；
（3）原电池放电时，阴离子向负极移动；
Ⅱ、（4）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，氢离子放电生成氢气，则阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子溶液，溶液呈碱性；
（5）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↑；
（6）根据阴阳极上转移电子数相等计算铁反应的质量；
Ⅲ、（7）电化学腐蚀较化学腐蚀快，金属得到保护时，腐蚀较慢，作原电池正极和电解池阴极的金属被保护；
（8）根据金属的防护，若K置于N处，必须让被保护的金属接电源负极；若开关K置于M处，形成原电池，锌作负极，金属铁为正极，金属铁被保护．

解答：解：（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，
故选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↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-），
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-）；
（3）原电池放电时，阴离子向负极移动，所以硫酸根从有向左移动，电解池中，阴极上氢离子得电子生成氢气，阳极上铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧气氧化生成氢氧化铁，所以滤纸上有红褐色斑点产生，
故答案为：从右向左；滤纸上有红褐色斑点产生；
（4）电解过程中，阴极上氢离子放电生成氢气，则阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子溶液，溶液呈碱性，溶液的pH增大，故答案为：增大；
（5）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↑；
（6）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

0.672L

22.4L/mol

=

xg

56g/mol

，
x=0.28，
故答案为：0.28；
Ⅲ、（7）A中发生化学腐蚀，
B中镁作负极，锌作正极，锌不易被腐蚀，
C中锌作负极，发生电化学腐蚀，加快锌的腐蚀，
D中锌作电解池阴极，不易被腐蚀，
所以腐蚀最快的是C，
故答案为：C；
（8）若X为碳棒，开关K置于N处，形成电解池，此时金属铁为阴极，铁被保护，可减缓铁的腐蚀；若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为外加电流的阴极保护法，
故答案为：N；外加电流的阴极保护法．

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．