Question

高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有高效的消毒作用，為一種新型非氯高效消毒劑．電解法制備高鐵酸鉀操作簡(jiǎn)便，成功率高，易于實(shí)驗(yàn)室制備．其原理如圖所示．
Ⅰ．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，兩極均有氣體產(chǎn)生，Y極區(qū)溶液逐漸變成紫紅色；停止實(shí)驗(yàn)，鐵電極明顯變細(xì)，電解液仍然澄清．查閱資料發(fā)現(xiàn)，高鐵酸根（FeO₄^2-）在溶液中呈紫紅色．
（1）電解過(guò)程中，X極是

陰

極，電極反應(yīng)是

2H⁺+2e^-=H₂↑

．
（2）電解過(guò)程中，Y極放電的有

Fe和OH^-

．
（3）生成高鐵酸根（FeO₄^2-）的電極反應(yīng)是

Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O

．
Ⅱ．若用不同種電池作為上述實(shí)驗(yàn)的電源，請(qǐng)分析電池反應(yīng)．
（1）鉛蓄電池總的化學(xué)方程式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄

充電

放電

2H₂O+2PbSO₄，則它在充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)為

PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺

．
（2）鎳鎘堿性充電電池在放電時(shí)，其兩極的電極反應(yīng)如下：
正極：2NiOOH+2H₂O+2e^-=2Ni（OH）₂+2OH^-
負(fù)極：Cd+2OH^--2e^-=Cd（OH）₂
則它在放電時(shí)的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為

Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂

．
（3）肼（N₂H₄）是一種可燃性液體，可用作火箭燃料．已知在25℃、101kPa時(shí)，32.0g N₂H₄在氧氣中完全燃燒生成氮?dú)夂鸵簯B(tài)水，放出624kJ的熱量，則N₂H₄完全燃燒的熱化學(xué)方程式是

N₂H₄（1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624kJ/mol

；肼-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液，放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)是

N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑

．
（4）以丙烷為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負(fù)極通入丙烷，電解質(zhì)是熔融碳酸鹽，電池總反應(yīng)方程式為：C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O．
寫出該電池正極的電極反應(yīng)：

O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-

．
（5）當(dāng)制備相同物質(zhì)的量的高鐵酸鉀時(shí)，理論上，上述四種電池中分別消耗的Pb、Cd、肼、丙烷的物質(zhì)的量之比是

10：10：5：1

．

Answer 1

分析：Ⅰ．根據(jù)電源的正負(fù)極判斷電極名稱，該電解池中，陽(yáng)極材料是活潑金屬，則電解池工作時(shí)，陽(yáng)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)氫氧根離子失電子生成氧氣，陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
Ⅱ．（1）充電時(shí)，陽(yáng)極上硫酸鉛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
（2）將正負(fù)極電極反應(yīng)式相加可得總反應(yīng)方程式；
（3）根據(jù)肼和反應(yīng)熱的關(guān)系計(jì)算出其燃燒熱，并寫出其相應(yīng)的熱化學(xué)方程式；燃料電池中，負(fù)極上投放的是燃料，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（4）正極上氧氣得電子放電；
（5）制備相同物質(zhì)的量的高鐵酸鉀時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等．

解答：解：Ⅰ．（1）X電極連接原電池負(fù)極，所以是電解池陰極，陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-═H₂↑，故答案為：陰；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）鐵是活潑金屬，電解池工作時(shí)，陽(yáng)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案為：Fe和OH^-；
（3）鐵是活潑金屬，電解池工作時(shí)，陽(yáng)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
Ⅱ．（1）充電時(shí)，陽(yáng)極上硫酸鉛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-，故答案為：PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺；
（2）將正負(fù)極電極反應(yīng)式相加可得總反應(yīng)方程式：Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂，故答案為：Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂；
（3）32.0g肼的物質(zhì)的量為1mol，1molN₂H₄在氧氣中完全燃燒生成氮?dú)夥懦鰺崃?24kJ，所以其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol，在燃料電池中負(fù)極是失去電子的，所以肼在負(fù)極通入，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化產(chǎn)物是氮?dú)�，反�?yīng)式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，故答案為：N₂H₄（1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624kJ/mol；N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；
（4）負(fù)極通入丙烷，丙烷的氧化產(chǎn)物是CO2和水，由于電解質(zhì)水熔融的碳酸鹽，所以電極反應(yīng)式為C₃H₈-20e^-+10CO₃^2-=13CO₂+4H₂O，根據(jù)總反應(yīng)式可知，正極反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
（5）1molPb、Cd、肼、丙烷失去的電子分別為2mol、2mol、4mol、20mol，所以根據(jù)得失電子守恒可知，Pb、Cd、肼、丙烷的物質(zhì)的量之比是10：10：5：1，
故答案為：10：10：5：1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池和電解池原理，注意：電解池中如果活潑金屬作陽(yáng)極，則電解池工作時(shí)陽(yáng)極材料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，為易錯(cuò)點(diǎn)．