Question

11．鐵是用途最廣泛的金屬材料之一，但生鐵易生銹，請(qǐng)討論電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有關(guān)鐵的性質(zhì)．

（1）某原電池裝置如圖1所示，右側(cè)燒杯中的電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，左側(cè)燒杯中的c（Cl^-）增大（填“增大”“減小”或“不變”）．
（2）已知圖甲、乙兩池的總反應(yīng)式均為Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，且在同側(cè)電極（指均在“左電極”或“右電極”）產(chǎn)生H₂．請(qǐng)?jiān)趦沙厣蠘?biāo)出電極材料（填“Fe”或“C”）．
（3）用高鐵酸鹽設(shè)計(jì)的高鐵電池是一種新型可充電電池，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，放電時(shí)的總反應(yīng)式為
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O═3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH．
①寫(xiě)出正極電極反應(yīng)式FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-．
②用高鐵電池做電源，以鐵為陽(yáng)極，以銅作陰極，對(duì)足量KOH溶液進(jìn)行電解，當(dāng)電池中有0.2molK₂FeO₄反應(yīng)時(shí)，則在電解池中生成H₂6.72L．（標(biāo)準(zhǔn)狀況）

Answer 1

分析 （1）圖1為原電池反應(yīng)，F(xiàn)e為負(fù)極，發(fā)生：Fe-2e^-=Fe^2-，石墨為正極，發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑；原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)；
（2）Fe和H₂SO₄構(gòu)成原電池或電解池時(shí)，F(xiàn)e作負(fù)極或陽(yáng)極，結(jié)合電解池和原電池的原理分析回答；
（3）①放電時(shí)，K₂FeO₄在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Fe（OH）₃；
②以Fe作陽(yáng)極，以Cu作陰極，對(duì)足量KOH溶液進(jìn)行電解，陰極氫離子得電子生成氫氣，2H⁺+2e^-=H₂↑，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算生成氫氣．

解答 解：（1）圖中為原電池反應(yīng)，F(xiàn)e為負(fù)極，發(fā)生：Fe-2e^-=Fe^2-，石墨為正極，發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂；原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以左側(cè)燒杯中的c（Cl^-）增大；
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂；增大；
（2）Fe和H₂SO₄之間的反應(yīng)，如果設(shè)計(jì)電解池實(shí)現(xiàn)，金屬鐵作陽(yáng)極，陽(yáng)極：Fe-2e^-=Fe²⁺，電解質(zhì)為硫酸，陰極是氫離子放電，電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，即陽(yáng)極為鐵，陰極為C；如果設(shè)計(jì)原電池實(shí)現(xiàn)，金屬鐵作負(fù)極，負(fù)極：Fe-2e^-=Fe²⁺，電解質(zhì)為硫酸，正極是氫離子放電，電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，即負(fù)極為鐵，正極為C；
故答案為：甲：左邊為Fe，右邊為C；乙：左邊為Fe，右邊為C；
（3）①放電時(shí)，K₂FeO₄在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Fe（OH）₃，則正極的電極反應(yīng)式為FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-，
故答案為：FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-；
②以Fe作陽(yáng)極，以Cu作陰極，對(duì)足量KOH溶液進(jìn)行電解，陰極氫離子得電子生成氫氣，2H⁺+2e^-=H₂↑，當(dāng)電池中有0.2molK₂FeO₄反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移0.6mol電子，則生成0.3mol氫氣，其體積為6.72L；
故答案為：6.72．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池原理和電解池原理的應(yīng)用，根據(jù)元素化合價(jià)變化確定正負(fù)極、陰陽(yáng)極上發(fā)生的反應(yīng)，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)和電子守恒在計(jì)算中的應(yīng)用，題目難度中等．