Question

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______（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______．
（3）实验过程中，SO₄^2-______（填“从左向右”、“从右向左”或“不”）移动；滤纸上能观察到的现象有______．
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______（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______．
（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______ g．
（7）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为：2K₂FeO₄+3Zn═Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂ 该电池正极发生的反应的电极反应式为______．

Answer

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；
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．
【解析】
（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-═FeO42-+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，x=0.28，答：铁质量减少0.28g；
（7）正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应，反应方程式为2FeO42-+6e-+5H2O═Fe2O3+10OH-，
故答案为：2FeO42-+6e-+5H2O═Fe2O3+10OH-．