【題目】某課外小組分別用下圖所示裝置對原電池和電解原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

請回答:

用圖 1 所示裝置進(jìn)行第一組實(shí)驗(yàn)(K 閉合)

(1)Zn 極為_____極。實(shí)驗(yàn)過程中,甲中 SO42________________(填從左向右”、“從右向左)移動;反應(yīng)初期乙中 N 極發(fā)生的電極反應(yīng)為_________________________________。

(2)反應(yīng)一段時(shí)間后,打開 K,向乙中加入 0.1mol Cu(OH)2 后恰好復(fù)原,則上述電解過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為______________NA。用圖 2 所示裝置進(jìn)行第二組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中兩極均有氣體產(chǎn)生,且 Y 極區(qū)產(chǎn)生 FeO42,溶液呈淺紫紅色。

(3)Y 極上 Fe 變?yōu)?/span>FeO42的電極反應(yīng)式為________________

(4)電解過程中,X 極區(qū)溶液的 pH_____(填增大” 、“減小不變)。若在 X 極收集到 672 mL 氣體,在 Y 極收集到 168 mL 氣體(均為標(biāo)準(zhǔn)狀況),則 Y 電極質(zhì)量減少_____g。

(5)在堿性鋅電池中,用高鐵酸鉀作為正極材料,電池反應(yīng)式為:2K2FeO4+3Zn = Fe2O3 +ZnO+2K2ZnO2 該電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)方程式為_____。

【答案】負(fù) 從右向左 Cu2+2e==Cu 0.4 Fe-6e+8OH==FeO42-+4H2O 增大 0.28 2FeO42- +6e- +5H2O = Fe2O3 +10OH-

【解析】

(1)在原電池反應(yīng)中,活動性負(fù)極>正極;SO42-向正電荷多的區(qū)域移動;在電解池中,陽極發(fā)生氧化反應(yīng),陰極發(fā)生還原反應(yīng);

(2) 0.1mol Cu(OH)2的作用相當(dāng)于0.1molCuO0.1molH2O,加入0.1mol Cu(OH)2的溶液可復(fù)原,說明發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)有CuSO4、水,根據(jù)二者的物質(zhì)的量計(jì)算電子轉(zhuǎn)移數(shù)目;

(3)Fe是活性電極,陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)。結(jié)合溶液的酸堿性書寫電極反應(yīng)式;

(4)C作陰極,發(fā)生還原反應(yīng),根據(jù)溶液中c(H+)的改變判斷pH變化;

(5)在原電池中,正極上發(fā)生還原反應(yīng),結(jié)合總反應(yīng)方程式及溶液的酸堿性,可得正極電極反應(yīng)式。

(1)由于金屬活動性Zn>Cu,所以Zn作負(fù)極,發(fā)生反應(yīng):Zn-2e-=Zn2+,Zn2+進(jìn)入溶液,使負(fù)極附近溶液的正電荷增多,根據(jù)異種電荷相互吸引,可知甲中SO42向負(fù)極Zn電極區(qū)域移動,即從右向左移動;Cu活動性比Zn弱,作原電池的正極。右邊的乙池為電解池,其中M電極與原電池的正極相連,作陽極,N電極與原電池的負(fù)極相連,作陰極,在陰極上發(fā)生還原反應(yīng),根據(jù)CuSO4溶液中陽離子的活動性:Cu2+>H+,所以在該電極上發(fā)生的反應(yīng)為Cu2+2e=Cu

(2) 加入0.1mol Cu(OH)2的溶液可復(fù)原,說明發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)有CuSO4、水,0.1mol Cu(OH)2的作用相當(dāng)于有0.1molCuO0.1molH2O反應(yīng)n(CuSO4)=0.1mol,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.1×2=0.2mol,又有0.1mol的水電解,其轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.1×2=0.2mol,因此共轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4mol電子數(shù)目為0.4NA

(3)在圖2電解池中,Fe作陽極,失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),由于溶液顯堿性,所以Y 極上 Fe 變?yōu)?/span>FeO42的電極反應(yīng)式為Fe-6e+8OH=FeO42-+4H2O;

(4)在陰極X電極上,溶液中的H+不斷放電產(chǎn)生氫氣,使陰極負(fù)極溶液中c(OH-)增大,因此附近溶液的pH增大;在X電極發(fā)生反應(yīng):2H++2e-=H2↑,產(chǎn)生氫氣,其物質(zhì)的量n(H2)=0.672L÷22.4L/mol=0.03mol,在Y電極,首先發(fā)生反應(yīng):Fe-6e+8OH=FeO42-+4H2O,然后發(fā)生反應(yīng)4OH--4e-=O2↑+2H2O,產(chǎn)生氧氣,析出氧氣的物質(zhì)的量n(O2)=0.168L÷22.4L/mol=0.0075mol。由于同一閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等,所以2n(H2)=4n(O2)+6n(Fe),2×0.03mol=4×0.0075mol+6n(Fe),解得n(Fe)=0.005mol,則Y電極減少的Fe的質(zhì)量為m(Fe)=0.005mol×56g/mol=0.28g;

(5)在正極上高鐵酸根離子獲得電子被還原,發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式是:2FeO42- +6e- +5H2O = Fe2O3 +10OH-。

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資料表明:室溫下,四氯化鈦為無色液體,熔點(diǎn):-25 ℃,沸點(diǎn):136.4 ℃。在空氣中發(fā)煙生成二氧化鈦固體。在650~850 ℃下,將氯氣通過二氧化鈦和炭粉的混合物可得到四氯化鈦和一種有毒氣體;卮鹣铝袉栴}:

(1)檢查該裝置氣密性的方法是_______________________________________________。

(2)實(shí)驗(yàn)中B裝置的作用是____________________。

(3)寫出D裝置中物質(zhì)制備的化學(xué)方程式________________________________;寫出四氯化鈦在空氣中發(fā)煙的化學(xué)方程式______________________________

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(5)F裝置中盛裝的物質(zhì)是________

(6)該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)略有缺陷,請指出其不足之處:______________________________。

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試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀

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B. 對比①②,K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化

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