Question

研究电化学原理与应用有非常重要的意义。

（1）锌锰电池（俗称干电池） 是一种一次电池，生活中应用广泛。

①锌锰电池负极上的电极反应式为：______________________________。

②与普通（酸性）锌锰电池相比较，碱性锌锰电池的优点是____________________（回答一条即可）。

（2）铅蓄电池是最常见的二次电池：Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄ 2PbSO₄＋2H₂O。

①充电时阴极反应为：________________________________________。

②用铅蓄电池为电源进行电解饱和食盐水实验（石墨棒为阳极，铁为阴极，食盐水500mL，温度为常温），当电路中有0.05mol电子转移时，食盐水的pH为______（假设溶液体积不变，产物无损耗）。

（3）图1是金属（M）－空气电池的工作原理，我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，电池反应为：___________________________ 。    

二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图2所示。Pt₂上的电极反应式为：_______________________________________ 。    

（4）高铁酸钠（Na₂FeO₄）易溶于水，是一种新型多功能水处理剂，可以用电解法制取：Fe＋2H₂O＋2OH⁻FeO₄²⁻＋3H₂↑，工作原理如图所示。

装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO₄²⁻，镍电极有气泡产生。电解一段时间后，c（OH⁻）降低的区域在_____________（填“阴极室”或“阳极室”）；阳极反应为：___________________________。

Answer

Zn－2e－＝Zn2+ 比能量高（或可存储时间长、不易发生电解质的泄漏、或碱性电池使用寿命较长其他合理答案也可） PbSO4＋2e－＝Pb＋SO42－ 13 4Al＋3O2＋6H2O＝4Al(OH)3 O2＋4H+＋4e－＝2H2O 阳极室 Fe＋8OH-－6e－＝FeO42−＋4H2O

【解析】

（1）①锌锰电池中，锌的活泼性大，做负极；

②碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，比能量和可储存时间均有提高，据此分析作答；

（2）①充电过程为电解池原理，其阴极得电子，被还原；

②电解饱和食盐水时，阳极氯离子失电子生成氯气，阴极氢离子得电子变为氢气，根据电子转移数与物质之间的关系式计算溶液中氢氧根浓度，进而求出pH；

（3）电池工作时，负极为Al，发生氧化反应，电极反应式为Al-3e-+3OH-=Al（OH）3，正极上通入空气，发生还原反应，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，进而写出总反应式；二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池中，Pt2电极上通入的是氧气与水，发生还原反应，电解质为质子交换膜，据此分析作答；

（4）用电解法制备高铁酸钠，电解时阳极区铁失去电子发生氧化反应，结合氢氧根离子生成高铁酸根离子和水，据此分析作答。

（1）①在锌锰干电池中，锌做负极，其电解反应式为：Zn－2e－＝Zn2+，

故答案为Zn－2e－＝Zn2+；

②碱性锌锰电池的优点是比能量高、可存储时间长、不易发生电解质的泄漏等，

故答案为比能量高（或可存储时间长、不易发生电解质的泄漏、或碱性电池使用寿命较长其他合理答案也可）；

（2）①电解质溶液为硫酸，根据总反应式可知，在阴极区，硫酸铅得电子转化为铅，其电极反应式为：PbSO4＋2e－＝Pb＋SO42－，

故答案为PbSO4＋2e－＝Pb＋SO42－；

②电解饱和食盐水发生的总反应为：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑，2NaOH H22e-,则0.05mol电子转移时，n(OH-) = 0.05 mol，故c(OH-) = = 0.1 mol/L，pH =-lg = 13,

故答案为13；

（3）该电池中，负极为Al，正极通入空气，总反应式为：4Al＋3O2＋6H2O＝4Al(OH)3；二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池中，Pt2电极为电源的正极，结合质子交换膜可知，发生的电极反应式为：O2＋4H+＋4e－＝2H2O，

故答案为4Al＋3O2＋6H2O＝4Al(OH)3；O2＋4H+＋4e－＝2H2O；

（4）用铁做阳极电解氢氧化钠制备高铁酸钠，阳极室铁失去电子，发生氧化反应，结合氢氧根离子生成高铁酸根离子和水，则电解一段时间后，c（OH−）降低的区域在阳极室，电极反应式为：Fe＋8OH-－6e－＝FeO42−＋4H2O；

故答案为阳极室；Fe＋8OH-－6e－＝FeO42−＋4H2O；