Question

某課外小組分別用圖所示裝置對(duì)原電池和電解原理及其應(yīng)用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．請(qǐng)回答以下問(wèn)題．
I．用圖1所示裝置進(jìn)行第一組實(shí)驗(yàn)．
（1）在保證電極反應(yīng)不變的情況下，不能替代Cu做電極的是

A

（填字母序號(hào)）．
A．鋁     B．石墨     C．銀    D．鉑
（2）N極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為

2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-）

．
（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，SO₄^2-

從右向左

（填“從左向右”、“從右向左”或“不”）移動(dòng)；濾紙上能觀察到的現(xiàn)象有

濾紙上有紅褐色斑點(diǎn)產(chǎn)生

．
II．用圖2所示裝置進(jìn)行第二組實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，兩極均有氣體產(chǎn)生，Y極區(qū)溶液逐漸變成紫紅色；停止實(shí)驗(yàn)，鐵電極明顯變細(xì)，電解液仍然澄清．查閱資料發(fā)現(xiàn)，高鐵酸根（FeO₄^2-）在溶液中呈紫紅色．
（4）電解過(guò)程中，X極區(qū)溶液的pH

增大

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（5）電解過(guò)程中，Y極發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O 和

4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑

．
（6）若在X極收集到672mL氣體，在Y極收集到168mL氣體（均已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)氣體體積），則Y電極（鐵電極）質(zhì)量減少

0.28

 g．
III、分別放在圖3裝置（都盛有0.1mol?L^-1的H₂SO₄溶液）中的四塊相同的純鋅片，其中腐蝕最快的是

C

．
（8）利用圖4裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)．其中X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開(kāi)關(guān)K應(yīng)置于

N

處．若X為鋅，開(kāi)關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護(hù)法稱為

外加電流的陰極保護(hù)法

．

Answer 1

分析：Ⅰ、（1）圖1中，左邊裝置是原電池，較活潑的金屬鋅作負(fù)極，較不活潑的金屬銅作正極，如果要找電極材料代替銅，所找材料必須是不如鋅活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘伲?br />（2）M是陽(yáng)極，N是陰極，電解池陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）原電池放電時(shí)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)；
Ⅱ、（4）該電解池中，陽(yáng)極材料是活潑金屬，則電解池工作時(shí)，陽(yáng)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)氫氧根離子失電子生成氧氣，陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子放電生成氫氣，則陰極附近氫氧根離子濃度大于氫離子溶液，溶液呈堿性；
（5）陽(yáng)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
（6）根據(jù)陰陽(yáng)極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算鐵反應(yīng)的質(zhì)量；
Ⅲ、（7）電化學(xué)腐蝕較化學(xué)腐蝕快，金屬得到保護(hù)時(shí)，腐蝕較慢，作原電池正極和電解池陰極的金屬被保護(hù)；
（8）根據(jù)金屬的防護(hù)，若K置于N處，必須讓被保護(hù)的金屬接電源負(fù)極；若開(kāi)關(guān)K置于M處，形成原電池，鋅作負(fù)極，金屬鐵為正極，金屬鐵被保護(hù)．

解答：解：（1）在保證電極反應(yīng)不變的情況下，仍然是鋅作負(fù)極，則正極材料必須是不如鋅活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘�，鋁是比鋅活潑的金屬，所以不能代替銅，
故選A；
（2）N電極連接原電池負(fù)極，所以是電解池陰極，陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-），
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-）；
（3）原電池放電時(shí)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以硫酸根從有向左移動(dòng)，電解池中，陰極上氫離子得電子生成氫氣，陽(yáng)極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵被氧氣氧化生成氫氧化鐵，所以濾紙上有紅褐色斑點(diǎn)產(chǎn)生，
故答案為：從右向左；濾紙上有紅褐色斑點(diǎn)產(chǎn)生；
（4）電解過(guò)程中，陰極上氫離子放電生成氫氣，則陰極附近氫氧根離子濃度大于氫離子溶液，溶液呈堿性，溶液的pH增大，故答案為：增大；
（5）鐵是活潑金屬，電解池工作時(shí)，陽(yáng)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
（6）X電極上析出的是氫氣，Y電極上析出的是氧氣，且Y電極失電子進(jìn)入溶液，設(shè)鐵質(zhì)量減少為xg，
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得

0.672L

22.4L/mol

=

xg

56g/mol

，
x=0.28，
故答案為：0.28；
Ⅲ、（7）A中發(fā)生化學(xué)腐蝕，
B中鎂作負(fù)極，鋅作正極，鋅不易被腐蝕，
C中鋅作負(fù)極，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，加快鋅的腐蝕，
D中鋅作電解池陰極，不易被腐蝕，
所以腐蝕最快的是C，
故答案為：C；
（8）若X為碳棒，開(kāi)關(guān)K置于N處，形成電解池，此時(shí)金屬鐵為陰極，鐵被保護(hù)，可減緩鐵的腐蝕；若X為鋅，開(kāi)關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護(hù)法稱為外加電流的陰極保護(hù)法，
故答案為：N；外加電流的陰極保護(hù)法．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池和電解池原理，注意：電解池中如果活潑金屬作陽(yáng)極，則電解池工作時(shí)陽(yáng)極材料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，為易錯(cuò)點(diǎn)．