Question

某课外小组分别用如图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。

请回答：

Ⅰ．用图 1 所示装置进行第一组实验。

（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代 Cu 作电极的是__（填字母序号）。

A 铝  B 石墨 C 银  D 铂

（2）N 极发生反应的电极反应式为__。

Ⅱ．用图 2 所示装置进行第二组实验。实验过程中，观察到与第一组实验不同的现象：两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清。 查阅资料得知，高铁酸根离子（FeO₄^2-）在溶液中呈紫红色。

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

（4）电解过程中，Y 极发生的电极反应之一为 Fe﹣6e^﹣+8OH^﹣= FeO₄^2-+4H₂O 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。

（5）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为 2K₂FeO₄+3Z=Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂，该电池正极发生的反应的电极反应式为__。

Answer

A 2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣) 增大 0.28 FeO42-+6e﹣+5H2O=Fe2O3+10OH﹣

【解析】

Ⅰ图1中，左边装置是原电池，较活泼的金属锌作负极，较不活泼的金属铜作正极，如果要找电极材料代替铜，所找材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，M是阳极，N是阴极，电解池中阴极上阳离子得电子发生还原反应，原电池放电时，阴离子向负极移动；

Ⅱ该电解池中，阳极材料是活泼金属，则电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，同时氢氧根离子失电子生成氧气，阴极上氢离子得电子发生还原反应，根据阴阳极上转移电子数相等计算铁反应的质量，在碱性锌电池中，正极上得电子发生还原反应。

（1）在保证电极反应不变的情况下，仍然是锌作负极，则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，铝是比锌活泼的金属，所以不能代替铜，故选A；

（2）N电极连接原电池负极，所以是电解池阴极，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣)；

（3）电解过程中，阴极上氢离子放电生成氢气，则阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子溶液，溶液呈碱性，溶液的pH增大，故答案为增大；

（4）X电极上析出的是氢气，Y电极上析出的是氧气，且Y电极失电子进入溶液，设铁质量减少为xg，根据转移电子数相等得，x=0.28，即铁质量减少0.28g；

（5）正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应，反应方程式为FeO42-+6e﹣+5H2O=Fe2O3+10OH﹣。