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简答题

电解高铁酸盐(如K2FeO4)是一种高效绿色氧化剂,可用于废水和生活用水的处理.从环境保护的角度看,制备高铁酸盐较好的方法为电解法:Fe+2NaOH+2H2O═Na2FeO4+H2↑.

(1)采用铁片作阳极,NaOH溶液为电解质溶液,电解制备高铁酸钠,其电流效率可达到40%.写出阳极的电极反应式:______.

(2)铁丝网电极是更理想的阳极材料,相同条件下,可将电流效率提高至70%以上,原因是______.研究亦发现,铁电极在某一电压范围内会生成Fe2O3膜而“钝化”,钝化的原因用反应式表示为______.

(3)FeO42-易与水反应生成絮状氢氧化铁,也会影响高铁酸盐的产率.若以铁丝网为阳极,在中间环节(对应图1中4h后)过滤掉氢氧化铁,合成过程中FeO42-浓度以及电流效率随时间的变化如图1中实线所示(图中曲线是每隔1h测得的数据).图中虚线部分对应于没有过滤氢氧化铁而连续电解的情况.下列判断正确的是______

A.过滤掉氢氧化铁有利于获得较高浓度的高铁酸盐溶液

B.过滤掉氢氧化铁对电流效率影响不大

C.实验表明氢氧化铁的存在影响高铁酸盐浓度的增加

D.实验表明不过滤掉氢氧化铁,6h后电流效率几乎为0

(4)碱性条件下,高铁酸盐的稳定性与温度有关(如图2).随温度升高,高铁酸盐产率先增大后减小的原因是______.

(5)人们还对用铁的氧化物作电极制备高铁酸盐进行了研究,例如以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐,该研究方向的价值在于______

A.将1mol Fe3O4氧化成高铁酸盐需10/3mol电子,可提高电流效率

B.以铁的氧化物为电极,可以实现变废(Fe3O4或铁锈)为宝(高铁酸盐)

C.自然界几乎没有铁单质,而有大量磁铁矿,该方法的原料来源广泛

D.磁铁矿作为多孔电极不会出现钝化现象.

正确答案

(1)铁失去电子,在碱性溶液中生成高铁酸根离子,同时有水生成,故答案为:Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O;

(2)铁丝网比铁片接触面积更大,电流效率更高,阳极铁失去电子,氢氧根也可能失去电子生成氧气,再与铁反应生成氧化铁,

故答案为:铁丝网的接触面积更大;因为铁电极上发生析氧反应4OH--4e-═O2↑+2H2O,氧气将铁氧化而得到氧化铁膜;

(3)由图可知,4h后若没有过滤氢氧化铁,高铁酸根离子浓度及电流效率均降低,A、C正确,B错误;虚线所示,6h后电流效率几乎为0,D正确,故答案为:ACD;

(4)高铁酸盐产率增高说明温度升高加快了高铁酸盐的生成速率,产率降低说明温度升高加快了高铁酸盐的分解速率,

故答案为:升温电解一方面加快了高铁酸盐的生成速率,另一方面又加速FeO42-的分解;

(5)四氧化三铁不导电,不会提高电流效率,A错误;将铁的氧化物变为高铁酸盐,是变废为宝,B正确;磁铁矿存在较广,来源较为丰富,C正确;磁铁矿作为多孔电极不容易被氧化为氧化膜,D正确.故答案为:BCD.

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简答题

如图所示,用甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型燃料电池做电源,对A、B装置通电一段时间后,发现有1.6g甲醇参加反应且③电极增重(假设工作时无能量损失).

请回答下列问题:

(1)分别指出F电极、②电极的名称______、______.

(2)④电极的反应式:______.E电极的反应式:______.

①电极上产生的实验现象是______.

(3)若A池中原混合液的体积为500mL,CuSO4、K2SO4浓度均为0.1mol/L,电解过程中A池中共收集到标准状况下的气体______L.

正确答案

(1)对A、B装置通电一段时间后,发现有1.6g甲醇参加反应且③电极增重,则说明③电极上银离子得电子析出银,则③是电解池阴极,所以④②是阳极,①是阴极,原电池中E是负极,F是正极,故答案为:正极;阳极;  

(2)电解池中,③上银离子得电子生成银单质,④电极上银失电子生成银离子进入溶液,电极反应式为:Ag-e-=Ag+,E是原电池负极,负极上甲醇失电子和氢氧根离子生成碳酸根离子和水,电极反应式为:CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O,

A装置中,①是阴极,所以该电极上先是铜离子得电子而析出,后氢离子得电子析出氢气,所以现象是:先有红色固体析出,后有气泡产生,

故答案为:Ag-e-=Ag+;CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;先有红色固体析出,后有气泡产生;

(3)设1.6g甲醇反应转移电子的物质的量是x,

CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O 转移电子

32g                      6mol

1.6g                      x

x==0.3mol

若A池中原混合液的体积为500mL,CuSO4、K2SO4浓度均为0.1mol/L,则铜离子的物质的量为0.1mol/L×0.5L=0.05mol,当铜离子完全析出时,铜离子得到电子的物质的量=0.05mol×2=0.1mol<0.3mol,所以电解混合溶液时,阴极上先析出铜后析出氢气,阳极上析出氧气,但得失电子的物质的量都是0.3mol,

设阴极上析出氢气的物质的量是y,阳极上析出氧气的物质的量是z,

则0.05mol×2+2y=4z=0.3mol,y=0.1mol,z=0.075mol,所以A池中共收集到的气体的物质的量是(0.1+0.075)mol=1.75mol,则气体体积=0.175mol×22.4L/mol=3.92L,

故答案为:3.92.

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下列关于原电池的叙述中,错误的是(  )

正确答案

A、原电池是把化学能转变为电能的装置,故A正确.

B、用导线连接的两种不同金属同时插入电解质溶液中,且负极和电解质溶液必须能自发的进行氧化还原反应才能形成原电池,故B错误.

C、在原电池中,外电路上电子定向移动,内电路上阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,所以就形成了闭合回路产生了电流,故C正确.

D、在原电池中,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,所以电子从负极流出沿导线流向正极,故D正确.

故选B.

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如图为相互串联的甲乙两个电解池,请回答:

(1)甲池若为用电解原理给铁片镀铜的装置,电镀液为______,

待镀的铁片作______极(填“阴”“阳”),为图中的______极(填“A”“B”);

(2)乙池中若滴入少量酚酞试液,开始一段时间后,Fe极附近呈______色;

(3)若甲槽阴极增重12.8g,则乙槽阳极放出气体在标准状况下的体积为______;

(4)若乙槽剩余液体为400mL,则电解后得到碱液的物质的量浓度为______,pH为______.

正确答案

(1)根据电源的正负极可判断A、B、Fe、C分别为电解池的阴极、阳极、阴极、阳极,在阴极上发生还原反应,在阳极上发生氧化反应,在铁片上镀铜时,镀层金属铜为电解池的阳极,镀件金属铁为电解池的阴极,电解质溶液含有镀层金属离子,应为可溶性硫酸铜溶液,故答案为:可溶性铜盐溶液;阴极; A;

(2)乙池电解NaCl溶液,阴极反应为:2H2O+2e-═H2↑+20H-,滴加酚酞溶液后,阴极溶液变红,故答案为:红;

(3)甲槽阴极阴极反应为Cu2++2e-═Cu,阴极增重12.8g,应为铜的质量,为0.2mol,转移的电子为0.4mol,两个电解池串联,转移的电子数目相等,乙槽阳极反应为

2Cl--2e-═Cl2↑,转移的电子为0.4mol时,在阳极上生成气体的物质的量为0.2mol,放出气体在标准状况下的体积为0.2mol×22.4L/mol=4.48L,故答案为:4.48L;

(4)乙池阴极反应为:2H2O+2e-═H2↑+20H-,转移的电子为0.4mol时,生成0.4mol0H-离子,则电解后得到碱液的物质的量浓度为=1mol•L-1

溶液中c(H+)=1×10-14mol•L-1,所以PH=14,故答案为:1mol•L-1;14.

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如图所示,某同学设计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.

根据要求回答相关问题:

(1)通入氧气的电极为______(填“正极”或“负极”),写出负极的电极反应式______.

(2)铁电极为______(填“阳极”或“阴极”),石墨电极(C)的电极反应式为______.

(3)反应一段时间后,乙装置中生成氢氧化钠主要在______(填“铁极”或“石墨极”)区

(4)如果粗铜中含有锌、银等杂质,丙装置中反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将______(填“增大”“减小”或“不变”).

(5)若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为______;丙装置中阴极析出铜的质量为______.

正确答案

(1)燃料电池是将化学能转变为电能的装置,属于原电池,投放燃料的电极是负极,投放氧化剂的电极是正极,所以通入氧气的电极是正极,负极上甲醚失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水,

电极反应式为:CH3OCH3-12e-+16OH-═2CO32-+11H2O;

故答案为:正极,CH3OCH3-12e-+16OH-═2CO32-+11H2O;

(2)乙池有外接电源属于电解池,铁电极连接原电池的负极,所以是阴极,则石墨电极是阳极,阳极上氯离子放电生成氯气,电极反应式为:2Cl--2e-═Cl2↑;

故答案为:2Cl--2e-═Cl2↑;

(3)乙池中阴极是铁,阳极是碳,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电,导致阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子浓度溶液呈碱性,所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区;

故答案为:铁极;

(4)如果粗铜中含有锌、银等杂质,阳极上不仅铜还有锌、银失电子进入溶液,阴极上析出铜离子,根据转移电子数相等知,阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜,所以丙装置中反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将减小;

故答案为:减小;

(5)根据串联电池中转移电子数相等得氧气、氢气和铜的关系式为:O2----2H2----2Cu,设生成氢气的分子数是x,生成铜的质量是y.

O2-------2H2-------2Cu

22.4L 26.02×1023 128g

2.24L   x          y

 x=0.2×6.02×1023 

 y=12.8g

 故答案为:0.2×6.02×1023,12.8 g.

下一知识点 : 原电池正、负极的判断方法
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