Question

（15分）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有高效的消毒作用，為一種新型非氯高效消毒劑。電解法制備高鐵酸鉀操作簡(jiǎn)便，成功率高，易于實(shí)驗(yàn)室制備。其原理如下圖所示。

I. 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。
（1）電解過(guò)程中，X極是   極，電極反應(yīng)是                  。
（2）電解過(guò)程中，Y極放電的有                              。
（3）生成高鐵酸根（FeO₄^2－）的電極反應(yīng)是                     。
II. 若用不同種電池作為上述實(shí)驗(yàn)的電源，請(qǐng)分析電池反應(yīng)。
（1）鉛蓄電池總的化學(xué)方程式為：
2H₂O＋2PbSO₄ Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄，則它在充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)為
                                                           。
（2）鎳鎘堿性充電電池在放電時(shí)，其兩極的電極反應(yīng)如下：
正極：2NiOOH＋2H₂O＋2e^－＝2Ni（OH）₂＋2OH^－
負(fù)極：Cd＋2OH^－－2e^－＝Cd（OH）₂
則它在放電時(shí)的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為                  。
（3）肼（N₂H₄）是一種可燃性液體，可用作火箭燃料。已知在25℃、101kPa時(shí)，32.0g N₂H₄在氧氣中完全燃燒生成氮?dú)夂鸵簯B(tài)水，放出624kJ的熱量，則N₂H₄完全燃燒的熱化學(xué)方程式是                                     ；
肼—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%~30%的KOH溶液，放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)是                              。
（4）以丙烷為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負(fù)極通入丙烷，電解質(zhì)是熔融碳酸鹽，電池總反應(yīng)方程式為：C₃H₈＋5O₂＝3CO₂＋4H₂O。
寫出該電池正極的電極反應(yīng)：                              。
（5）當(dāng)制備相同物質(zhì)的量的高鐵酸鉀時(shí)，理論上，上述四種電池中分別消耗的Pb、Cd、肼、丙烷的物質(zhì)的量之比是                       。

Answer 1

Ⅰ.（1）陰；2H^＋＋2e^－= H₂↑。（2）Fe和OH^－  （3）Fe＋8OH^－－6e^－= FeO₄^2－＋4H₂O
Ⅱ.（1）PbSO₄＋2H₂O－2e^－= PbO₂＋SO₄^2－＋4H^＋ 
（2）Cd＋2NiOOH＋2H₂O = Cd（OH）₂＋2Ni（OH）₂
（3）N₂H₄（1）＋O₂（g）= N₂（g）＋2H₂O（l）△H=－624kJ/mol
N₂H₄＋4OH^－－4e^－= 4H₂O＋N₂↑ 
（4）O₂＋2CO₂＋4e^－= 2CO₃^2－
（5）10:10:5:1

I.（1）X和電源的負(fù)極相連，所以是陰極，溶液中的氫離子放電，方程式為2H^＋＋2e^－= H₂↑。
（2）Y和電源的正極相連，作陽(yáng)極。由于Y是鐵，所以鐵失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可判斷，在陽(yáng)極上溶液中的OH^－也放電生成氧氣。
（3）陽(yáng)極鐵失去電子，氧化產(chǎn)物是高鐵酸根，反應(yīng)式為Fe＋8OH^－－6e^－= FeO₄^2－＋4H₂O。
II.（1）充電相當(dāng)于電解，在電解池中陽(yáng)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)式可判斷，充電時(shí)硫酸鉛失去電子，所以電極反應(yīng)式為PbSO₄＋2H₂O－2e^－= PbO₂＋SO₄^2－＋4H^＋。
（2）在原電池中正負(fù)極的電極反應(yīng)式相疊加即得到總反應(yīng)式，所以反應(yīng)式為Cd＋2NiOOH＋2H₂O = Cd（OH）₂＋2Ni（OH）₂。
（3）32.0g N₂H₄是，所以熱化學(xué)方程式為N₂H₄（1）＋O₂（g）= N₂（g）＋2H₂O（l）△H=－624kJ/mol。在燃料電池中負(fù)極是失去電子的，所以肼在負(fù)極通入，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化產(chǎn)物是氮?dú)�，反�?yīng)式為N₂H₄＋4OH^－－4e^－= 4H₂O＋N₂↑。
（4）負(fù)極通入丙烷，丙烷的氧化產(chǎn)物是CO₂和水，由于電解質(zhì)水熔融的碳酸鹽，所以電極反應(yīng)式為C₃H₈－20e^－＋10CO₃^2－＝13CO₂＋4H₂O，根據(jù)總反應(yīng)式可知，正極反應(yīng)式為5O₂＋10CO₂＋20e^－= 10CO₃^2－。
（5）1molPb、Cd、肼、丙烷失去的電子分別為2mol、2mol、4mol、20mol，所以根據(jù)得失電子守恒可知，Pb、Cd、肼、丙烷的物質(zhì)的量之比是10:10:5:1。