Question

【題目】Ⅰ、某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。

（1）如圖1為某實驗小組設計的原電池裝置，反應前，電極質量相等，一段時間后，兩電極質量相差12 g，導線中通過________mol電子。

（2）如圖，其他條件不變，若將乙燒杯中的CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，則石墨電極的電極反應方程式為_____________________

（3）如圖，其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，如下圖所示乙裝置中與銅絲相連的石墨電極上發生的反應方程式為_____________________

Ⅱ、氫能是發展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個環節。回答下列問題：

（1）與汽油等燃料相比，氫氣作為燃料的兩個明顯的優點是________________（寫兩點）

（2）化工生產的副產品也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣。總反應方程式為：Fe+2H2O+2OHFeO42+3H2↑，工作原理如下圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色的FeO42，鎳電極有氣泡產生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區會產生紅褐色物質。已知：Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，易被H2還原。

①電解一段時間后，c(OH)降低的區域在________________(填“陰極室”或“陽極室”)

②電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，其原因是______________________

③c( Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2，任選M、N兩點中的一點，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_____________。

Answer 1

【答案】Ⅰ、（1）0.2mol （2）2NH4++2e-＝2NH3↑+H2↑ （3）2Cl--2e-＝Cl2↑

Ⅱ、（1）燃燒熱值高 燃燒無污染 是可再生能源 （寫兩點）（2）①陽極室

②防止生成的H2與高鐵酸鈉反應，使高鐵酸鈉的產率降低

③M點：氫氧根濃度偏小，高鐵酸鈉的穩定性差，且反應較慢；

N點：氫氧根濃度較大，鐵電極上容易生成氫氧化鐵，使高鐵酸鈉的產率降低

【解析】

試題分析：Ⅰ、（1）圖1為原電池反應，Fe為負極，發生：Fe-2e－=Fe2＋，石墨為正極，發生Cu2++2e-=Cu，總反應式為Fe+Cu2+=Fe2++Cu；一段時間后，兩電極質量相差12g，則

Fe+Cu2+=Fe2++Cu 兩極質量差△m 轉移電子

56g 64g 56g+64g=120g 2mol

12g n

則：n=0.2mol。

（2）若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，溶液呈酸性，銨根在正極放電，電極反應式為2NH4++2e-＝2NH3↑+H2↑；

（3）若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，甲裝置為鐵的吸氧腐蝕，鐵為負極，銅為正極，正極發生 O2+2H2O+4e-＝4OH-，呈堿性，滴加酚酞，溶液變紅，則乙裝置銅為陽極，石墨為陰極，乙為電解池裝置，陽極發生2Cl--2e-＝Cl2↑。

Ⅱ、（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點有污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高等；（2）①根據題意鎳電極有氣泡產生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發生氧化反應，溶液中的氫氧根離子減少，因此電解一段時間后，c（OH-）降低的區域在陽極室；

②氫氣具有還原性，根據題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，易被H2還原。電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，防止Na2FeO4與H2反應使產率降低；

③根據題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，在M點，c（OH）低，Na2FeO4穩定性差，且反應慢，在N點：c（OH-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產率降低。