Question

18．電化學(xué)探究題
（1）某研究小組設(shè)想用如圖1所示的裝置利用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸．

該裝置為原電池（填“原電池”或“電解池”），通入O₂的電極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
（2）某課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了如圖2所示的裝置，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，控制電流強(qiáng)度適中的情況下用其進(jìn)行緩慢電解NaCl溶液及相關(guān)實(shí)驗(yàn)（此時(shí)，打開止水夾a，關(guān)閉止水夾b）．由于粗心，實(shí)驗(yàn)并未達(dá)到預(yù)期目的，（陽離子交換膜只允許陽離子和水的通過）．請(qǐng)幫助他們分析并回答下列問題：
ⅰ．裝置B中的陰極反應(yīng)式2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑）； 觀察到A裝置中的三個(gè)現(xiàn)象依次是A燒杯中的水倒吸并產(chǎn)生紅色噴泉、燒瓶中液面上升到高于左側(cè)尖嘴一定程度后又逐漸下落至與尖嘴相平、最后A燒杯溶液呈紅色，導(dǎo)管有氣泡溢出．
ⅱ．拔下Fe電極，向該電極所處溶液加入一種黃色的由4種元素組成的化合物的溶液會(huì)有某種現(xiàn)象產(chǎn)生以檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)生的離子，用離子方程式表示檢驗(yàn)反應(yīng)3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓．
ⅲ．想達(dá)到電解NaCl溶液的目的，可以改進(jìn)裝置或操作，請(qǐng)?zhí)岢瞿愕囊庖姡喊袴e電極換成C、Pt等惰性電極或?qū)⒀b置中兩電極換位置等．

Answer 1

分析 （1）如圖1裝置二氧化硫與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，構(gòu)成閉合回路，形成原電池；氧氣為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電池的總反應(yīng)式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；
（2）�。�電解氯化鈉時(shí)，在電解池的陽極是活潑電極鐵本身失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，即陰極上是電解質(zhì)中的陽離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；裝置A是引發(fā)噴泉實(shí)驗(yàn)的裝置，燒瓶?jī)?nèi)外存在壓強(qiáng)差時(shí)就會(huì)產(chǎn)生噴泉，根據(jù)大氣壓強(qiáng)原理確定噴泉實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的液面高低變化情況，根據(jù)溶液的酸堿性確定溶液顏色的變化情況；
ⅱ．根據(jù)亞鐵離子遇K₃[Fe（CN）₆]會(huì)出再藍(lán)色沉淀來檢驗(yàn)亞鐵離子的存在；
ⅲ．在電解飽和食鹽水時(shí)，要實(shí)現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應(yīng)該選擇惰性電極進(jìn)行電解．

解答 解：（1）如圖1裝置二氧化硫與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，構(gòu)成閉合回路，形成原電池；氧氣為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，電池的總反應(yīng)式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，故答案為：原電池；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；
（2）在電解池的陽極是活潑電極本身失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e-2e^-═Fe²⁺，陰極上是電解質(zhì)中的陽離子氫離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑），在電解池中，因?yàn)樵陉帢O鉑電極上產(chǎn)生了氫氣，所以導(dǎo)致A燒杯中氣壓增大，氨氣和水接觸后，因氨氣極易溶于水導(dǎo)致水倒吸并產(chǎn)生紅色噴泉，當(dāng)燒瓶中液面上升到高于左側(cè)導(dǎo)管一定程度后又逐漸下落至與導(dǎo)管相平時(shí)，燒瓶?jī)?nèi)外壓強(qiáng)相等，噴泉現(xiàn)象結(jié)束，由于氨水顯堿性，所以最后A燒杯溶液呈紅色，并且在導(dǎo)管有氣泡氫氣溢出，故答案為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑）；A燒杯中的水倒吸并產(chǎn)生紅色噴泉；
ⅱ．含F(xiàn)e²⁺的溶液與鐵氰化鉀K₃[Fe（CN）₆]溶液反應(yīng)生成具有特征藍(lán)色的鐵氰化亞鐵沉淀，離子方程式為：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，故答案為：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓；
ⅲ．在電解飽和食鹽水時(shí)，要實(shí)現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應(yīng)該選擇惰性電極進(jìn)行電解，可以把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或?qū)⒀b置中兩電極換位置等，
故答案為：把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或?qū)⒀b置中兩電極換位置等．

點(diǎn)評(píng) 本題目是電解池的工作原理和噴泉實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的一道綜合知識(shí)題目，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度較大．