Question

电化学综合应用

(Ⅰ) 选择合适的图象：

（1）将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO₄溶液，产生H₂的体积V(L)与时间t(min)的关系是_____________。

（2）将（1）中的CuSO₄溶液改成CH₃COONa溶液，其他条件不变，则图象是             。

(Ⅱ)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：

（1）甲烷燃料电池负极反应式是_________________________。

（2）乙装置中铁极的电极反应式为_______________________。

（3）检验石墨(C)极反应产物的方法是____________           _________。

（4）若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，丙装置中阴极析出铜的质量为________g。

(Ⅲ)Na₂FeO₄是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的高效水处理剂，其电解制法如图所示。电解过程中，两极均有气体产生，Y极区域溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍澄清。查阅资料得知，高铁酸根离子(FeO)在溶液中呈紫红色。

（1）电解过程中，X极区溶液的pH___________(填“增大”“减小”或“不变”)。

（2）电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe－6e^－＋8OH^－===FeO＋4H₂O和_____         _____。

（3）若在X极收集到672 mL气体，在Y极收集到168 mL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。

（4）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)（1）A(2分) （2）C(2分)

(Ⅱ)（1）CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O(2分)（2）2H2O+2e-═H2+2OH-(2分)

（3）将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，试纸变蓝，证明生成氯气(或取阳极附近溶液滴加淀粉­KI溶液，变蓝) (2分)（4）12.8(2分)

(Ⅲ)（1）增大(1分)（2）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(2分)

（3）0.28(2分)（4）2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-(2分)

【解析】

试题分析：(Ⅰ)（1）等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，发生的反应为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，铜-铁-稀硫酸形成原电池，反应速率增大，反应用时少于b，但生成的氢气少也少于b，图象应为A；

（2）等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的醋酸钠溶液，则醋酸钠和硫酸反应生成醋酸和硫酸钠，酸性减弱，所以速率减慢，但是氢离子的物质的量不变，所以反应产生氢气的量不变，故答案为C；

(Ⅱ)（1）燃料电池中，负极上投放燃料所以投放甲烷的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；

（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨电极是阳极，Fe电极是阴极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，阴极上发生得电子的还原反应，即2H2O+2e-═H2↑+2OH-；

（3）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨电极是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，检验的方法为将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，试纸变蓝，证明生成氯气；

(Ⅲ)（1）电解过程中，X电极上电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，所以c(OH-)增大，溶液的pH增大；

（2）Y电极上还发生的反应为Fe失电子和氢氧根离子反应生成高铁酸根离子和水，电极反应式为Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O，并且氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应为：4OH--4e-═2H2O+O2↑；

（3）X电极收集的气体是氢气，n(H2)==0.03mol，Y电极析出氧气的物质的量==0.0075mol，根据转移电子相等得铁溶解的质量=×56g/mol=0.28g；

（3）正极上高铁酸根离子得电子和水反应生成氧化铁和氢氧根离子，电极反应式为2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-。

考点：考查影响反应速率的因素、电解原理的应用。