Question

【題目】鈷、鎳與鐵是同族元素，它們的單質(zhì)及化合物的性質(zhì)有很多相似之處。

（1）為了比較Fe、Co、Cu三種金屬的活動(dòng)性，某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如下甲、乙、丙三個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。丙裝置中X、Y均為石墨電極。反應(yīng)一段時(shí)間后，可觀察到甲裝置中Co電極附近產(chǎn)生氣泡，丙裝置中X極附近溶液變紅。

①甲池Fe電極反應(yīng)式為_________。由現(xiàn)象可知三種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是__________(填元素符號)。

②寫出丙裝置中反應(yīng)的離子方程式____________________。

（2）Na2FeO4具有廣泛用途，可通過電解法制取得到，工作原理圖丁所示。通電后，鐵電極附近生成紫紅色的FeO42，鎳電極有氣泡產(chǎn)生。已知： Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。

①Fe電極反應(yīng)式為________。

②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，其原因是_______________。

③當(dāng)陰極產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的氣體時(shí)，通過陰離子交換膜的離子有_______mol。

Answer 1

【答案】Fe-2e-=Fe2+ Fe>Co>Cu 2Cl-＋2H2O2OH-＋H2↑＋Cl2↑ Fe - 6e- + 8OH = FeO42 + 4H2O 陰極產(chǎn)生H2，防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低 0.01

【解析】

⑴①甲裝置中Co電極附近產(chǎn)生氣泡，說明Co為正極，Fe為負(fù)極，其電極反應(yīng)式為Fe-2e－= Fe2+，金屬活動(dòng)性為Fe>Co，丙裝置中X極附近溶液變紅，說明X處有大量氫氧根，此處氫離子消耗，X為陰極，Co為負(fù)極，Cu為正極，因此三種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是Fe>Co>Cu。

②丙裝置為電解食鹽水，其反應(yīng)的離子方程式2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

⑵①Fe在陽極反應(yīng)生成高鐵酸根，其電極反應(yīng)式為Fe - 6e－+ 8OH－= FeO42 + 4H2O。

②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，根據(jù)已知信息Na2FeO4易被H2還原。

③當(dāng)陰極產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的氣體即0.005mol氫氣。

H2 ~ 2OH －

1mol 2mol

0.005mol xmol

1mol：0.005mol = 2mol：xmol

解得x = 0.01mol，即有0.01mol氫氧根離子生成，要使溶液呈電中性，則需要0.01molOH-通過陰離子交換膜。

⑴①甲裝置中Co電極附近產(chǎn)生氣泡，說明Co為正極，Fe為負(fù)極，其電極反應(yīng)式為Fe-2e－= Fe2+，金屬活動(dòng)性為Fe>Co，丙裝置中X極附近溶液變紅，說明X處有大量氫氧根，此處氫離子消耗，X為陰極，Co為負(fù)極，Cu為正極，因此三種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是Fe>Co>Cu，故答案為：Fe-2e－= Fe2+；Fe>Co>Cu。

②丙裝置為電解食鹽水，其反應(yīng)的離子方程式2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑，故答案為：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

⑵①Fe在陽極反應(yīng)生成高鐵酸根，其電極反應(yīng)式為Fe - 6e－+ 8OH－= FeO42 + 4H2O，故答案為：Fe - 6e－+ 8OH－= FeO42 + 4H2O。

②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，陰極是水電離的H+放電產(chǎn)生H2，根據(jù)已知信息Na2FeO4易被H2還原，故答案為：陰極產(chǎn)生H2，防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低。

③當(dāng)陰極產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的氣體即0.005mol氫氣。

H2 ~ 2OH－

1mol 2mol

0.005mol xmol

1mol：0.005mol = 2mol：xmol

解得x = 0.01mol，即有0.01mol氫氧根離子生成，要使溶液呈電中性，則需要0.01molOH-通過陰離子交換膜，故答案為：0.01。