Question

高铁酸钾（K2FeO4）具有高效的消毒作用，为一种新型非氯高效消毒剂．电解法制备高铁酸钾操作简便，成功率

高铁酸钾（K2FeO4）具有高效的消毒作用，为一种新型非氯高效消毒剂．电解法制备高铁酸钾操作简便，成功率高，易于实验室制备．其原理如图所示．Ⅰ．实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清．查阅资料发现，高铁酸根（FeO42-）在溶液中呈紫红色．（1）电解过程中，X极是______极，电极反应是______．（2）电解过程中，Y极放电的有______．（3）生成高铁酸根（FeO42-）的电极反应是______．Ⅱ．若用不同种电池作为上述实验的电源，请分析电池反应．（1）铅蓄电池总的化学方程式为：Pb+PbO2+2H2SO4充电放电2H2O+2PbSO4，则它在充电时的阳极反应为______．（2）镍镉碱性充电电池在放电时，其两极的电极反应如下：正极：2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni（OH）2+2OH-负极：Cd+2OH--2e-=Cd（OH）2则它在放电时的总反应的化学方程式为______．（3）肼（N2H4）是一种可燃性液体，可用作火箭燃料．已知在25℃、101kPa时，32.0g N2H4在氧气中完全燃烧生成氮气和液态水，放出624kJ的热量，则N2H4完全燃烧的热化学方程式是______；肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液，放电时负极的电极反应是______．（4）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐，电池总反应方程式为：C3H8+5O2=3CO2+4H2O．写出该电池正极的电极反应：______．（5）当制备相同物质的量的高铁酸钾时，理论上，上述四种电池中分别消耗的Pb、Cd、肼、丙烷的物质的量之比是______．

Answer 1

Ⅰ．（1）X电极连接原电池负极，所以是电解池阴极，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H⁺+2e^-═H₂↑，故答案为：阴；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应，所以发生的电极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案为：Fe和OH^-；
（3）铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应，所以发生的电极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
Ⅱ．（1）充电时，阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应，PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-，故答案为：PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺；
（2）将正负极电极反应式相加可得总反应方程式：Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂，故答案为：Cd+2NiOOH+2H₂O=Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂；
（3）32.0g肼的物质的量为1mol，1molN₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气放出热量624kJ，所以其热化学反应方程式为：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol，在燃料电池中负极是失去电子的，所以肼在负极通入，发生氧化反应，氧化产物是氮气，反应式为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，故答案为：N₂H₄（1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624kJ/mol；N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；
（4）负极通入丙烷，丙烷的氧化产物是CO2和水，由于电解质水熔融的碳酸盐，所以电极反应式为C₃H₈-20e^-+10CO₃^2-=13CO₂+4H₂O，根据总反应式可知，正极反应式为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
（5）1molPb、Cd、肼、丙烷失去的电子分别为2mol、2mol、4mol、20mol，所以根据得失电子守恒可知，Pb、Cd、肼、丙烷的物质的量之比是10：10：5：1，
故答案为：10：10：5：1．