Question

10．很多電解過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生氫氣．
（1）在 25℃時(shí)，用石墨電極電解一定量的飽和 Na₂CO₃溶液，則陰極的電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，溶液 pH不變（填增大，減小或不變）
（2）電解法制取 Na₂FeO₄，同時(shí)可獲得氫氣：Fe+2H₂O+2OH^- $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑，工作原理如圖1所示．裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色的 FeO₄^2-，鎳電極有氣泡產(chǎn)生．若氫氧化鈉溶液濃度過(guò)高，鐵電極區(qū)會(huì)產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)．已知：Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H₂還原．

①陽(yáng)極電極反應(yīng)式Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，電解一段時(shí)間后，c（OH^-）降低的區(qū)域在陽(yáng)極室（填“陰極室”或“陽(yáng)極室”）．
②電解過(guò)程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，其原因是防止Na₂FeO₄與H₂反應(yīng)使產(chǎn)率降低．
③c（ Na₂FeO₄）隨初始 c（NaOH）的變化如圖 2，分析 N 點(diǎn) c（ Na₂FeO₄）低于最高值的原因N點(diǎn)：c（OH^-）過(guò)高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低．

Answer 1

分析 （1）分析碳酸鈉溶液中含有陽(yáng)離子、陰離子，依據(jù)放電順序判斷放電離子寫(xiě)出電極反應(yīng)式，依據(jù)電極反應(yīng)式判斷溶液pH變化；
（2）①電解池中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)題意可知鐵在陽(yáng)極失去電子，堿性環(huán)境下生成高鐵酸根離子，據(jù)此書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式；根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子減少；
②氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H₂還原．電解過(guò)程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，防止Na₂FeO₄與H₂反應(yīng)使產(chǎn)率降低；
③根據(jù)題意Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，在M點(diǎn)，c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢，在N點(diǎn)：c（OH^-）過(guò)高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低．

解答 解：（1）碳酸鈉溶液中含有陽(yáng)離子為鈉離子與氫離子，氫離子還原性強(qiáng)于鈉離子，所以陰極電極反應(yīng)為：
2H⁺+2e^-=H₂↑ 或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；碳酸鈉溶液中含有陰離子為碳酸根離子、氫氧根離子，依據(jù)放電順序可知?dú)溲醺�離子在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，所以電解實(shí)質(zhì)為電解水，溶液為飽和碳酸鈉溶液，電解過(guò)程中溶液濃度不變，溶液pH不變；
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑  或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；   不變；
（2）①電解池中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)題意可知鐵在陽(yáng)極失去電子，堿性環(huán)境下生成高鐵酸根離子，電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子減少，因此電解一段時(shí)間后，c（OH^-）降低的區(qū)域在陽(yáng)極室；
故答案為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；  陽(yáng)極室；
②氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H₂還原．電解過(guò)程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，防止Na₂FeO₄與H₂反應(yīng)使產(chǎn)率降低，
故答案為：防止Na₂FeO₄與H₂反應(yīng)使產(chǎn)率降低；
③根據(jù)題意Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，在M點(diǎn)，c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢，在N點(diǎn)：c（OH^-）過(guò)高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低；
故答案為：N點(diǎn)：c（OH^-）過(guò)高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低．

點(diǎn)評(píng) 本題為電化學(xué)試題，考查了電解法制取 Na₂FeO₄，明確電解池工作原理及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．