Question

【题目】氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH―= FeO42―+3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO42―，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。回答下列问题：

(1)铁作________极，电极反应式为___________________________________________________。

(2)每制得1mol Na2FeO4，理论上可以产生标准状况 ____________ L 气体。

(3)电解一段时间后，c（OH―）降低的区域在_______________________（填“阴极室”或“阳极室”）。

(4)电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为_____________________。

(5)c（Na2FeO4）随初始c（NaOH）的变化如图2，分析M点c（Na2FeO4）低于最高值的原因_______________________。

Answer 1

【答案】阳极 Fe- 6e- +8OH- FeO42- + 4H2O 67.2L 阳极室 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 在M点c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢，在N点c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低

【解析】

(1)电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气，根据总反应：Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑来回答；

(2) 根据总反应: Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑来计算；

(3)根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子减少；

(4) 氢气具有还原性，根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原.电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低；

(5)根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点，c(OH -)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢，在N点 c(OH -)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低。

(1)电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气，根据总反应：Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑，所以金属铁是阳极，该电极上金属铁发生失电子的氧化反应，即Fe- 6e- +8OH- FeO42- + 4H2O；

(2)据总反应：Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑，每制得1molNa2FeO4，理论上可以产生氢气3mol，即标准状况体积是3mol× 22.4L/mol= 67.2L；

(3)根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子减少，因此电解一段时间后，c(OH -)降低的区域在阳极室；

(4)氢气具有还原性，根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低；

(5)根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢，在N点c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低。