Question

电化学知识在物质制备领域的应用前景看好。

(1)从环境保护的角度看，制备一种新型多功能水处理剂高铁酸钠(Na₂FeO₄)较好的方法为电解法，其装置如图①所示。其总反应方程式为：Fe+2OH^-+2H₂O=+3H₂↑。

①电解过程中Fe作______极，电极反应式为_________；离子交换膜为______离子交换膜(填“阳”、“阴”)；电解时阳极区pH_____、阴极区pH_____(填升高、降低、不变)。

②“镁一次氯酸盐”燃料电池也可为图①装置提供电能，该电池电极为镁合金和铂合金，其工作原理如图②所示。b为该燃料电池的______(填“正”或“负”)极。当有49.8gNa₂FeO₄生成时消耗C1O^-的物质的量为_____mol；若用此燃料电池，采用电解法来处理酸性含铬废水(主要含有)。处理废水时，最后Cr³⁺以Cr(OH)₃形式除去，当c(Cr³⁺)=1×10^-8mol/L时，Cr³⁺沉淀完全，此时溶液的pH=________(已知K_sp[Cr(OH)₃]=1.0×10^-32)

(2)电解Na₂SO₄溶液生产H₂SO₄和烧碱的装置如图③所示(已知：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过)，其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为2:1。则丁为________；c极的电极反应式为________；电解一段时间，当产生0.2mol气体乙时，通过离子交换膜e的离子的质量为_____g。

Answer

阳 Fe＋8OH－－6e－=＋4H2O 阴 降低 升高 正 0.9 6 H2SO4 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 18.4

【解析】

(1)①用电解法制备铁酸钠，电解时铁失去电子、发生氧化反应，结合氢氧根离子生成铁酸根离子和水，则Fe电极为阳极，据此写出电极反应式、并判断两极溶液的pH变化；

②“镁一次氯酸盐”燃料电池中，b电极上ClO－→Cl－、发生得电子的还原反应，则b电极为正极；根据原子、电子守恒得到关系式：Fe～FeO～6e－、ClO－～Cl－～2e－，关系式为FeO～6e－～3ClO－，49.8gNa2FeO4的物质的量为 =0.3mol，据此计算消耗ClO－的物质的量；Cr3＋沉淀完全时c(Cr3＋)=1×10-8mol·L-1，根据Ksp[Cr(OH)3]=1.0×10-32计算溶液中c(OH－)、c(H＋)和pH；

(2)电解硫酸钠溶液时，阳极上生成氧气，电极反应式为2H2O-4e－=O2↑+4H＋，阴极反应式为2H2O+2e－=H2↑+2OH－，测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为2：1，则甲是氢气、乙是氧气，则c是阴极、d是阳极，阳极区域生成硫酸、阴极区域生成NaOH，根据电子转移守恒分析通过离子交换膜e的钠离子的质量，据此分析解答。

(1)①铁是阳极，电极反应式为Fe-6e-+8OH-═FeO+4H2O，Ni电极上氢离子放电，电极反应式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-，图①中的离子交换膜为阴离子交换膜，OH-自左向右移动，电解时阳极区pH降低、阴极区pH升高，故答案为：阳；Fe+8OH－-6e－=FeO+4H2O；阴；降低；升高；

②如图②所示，b极发生的反应为ClO-生成Cl-，氯元素化合价降低，得电子发生还原反应，作电池的正极；根据原子、电子守恒得到关系式：Fe～FeO～6e－、ClO－～Cl－～2e－，关系式为FeO～6e－～3ClO－，49.8gNa2FeO4的物质的量为 =0.3mol，Na2FeO4中铁元素化合价为+6，根据得失电子守恒得：n(C1O一)=3×n(Na2FeO4)=0.9mol；Cr3＋沉淀完全时c(Cr3＋)=1×10-8mol·L-1，Ksp[Cr(OH)3]=1.0×10-32，则溶液中c(OH－)=mol·L－1=10-8mol·L－1、c(H＋)=mol·L－1=10-6mol·L－1、pH=6，故答案为：正；0.9；6；

(2)根据图③，电解Na2SO4溶液相当于电解水生成氢气和氧气，c极电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，则丁为H2SO4；阳极d电极反应式为2H2O-4e－=O2↑+4H＋，生成0.2mol氧气时，转移的电子的物质的量为0.8mol，根据得失电子守恒，通过交换膜e的Na+的物质的量为0.8mol，则m(Na+)=23g·mol－1×0.8mol=18.4g，故答案为：H2SO4；18.4。