Question

【題目】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。化工生產的副產氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣：Fe+2H2O+2OH―= FeO42―+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。回答下列問題：

(1)鐵作________極，電極反應式為___________________________________________________。

(2)每制得1mol Na2FeO4，理論上可以產生標準狀況 ____________ L 氣體。

(3)電解一段時間后，c（OH―）降低的區域在_______________________（填“陰極室”或“陽極室”）。

(4)電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，其原因為_____________________。

(5)c（Na2FeO4）隨初始c（NaOH）的變化如圖2，分析M點c（Na2FeO4）低于最高值的原因_______________________。

Answer 1

【答案】陽極 Fe- 6e- +8OH- FeO42- + 4H2O 67.2L 陽極室 防止Na2FeO4與H2反應使產率降低 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

【解析】

(1)電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣，根據總反應：Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑來回答；

(2) 根據總反應: Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑來計算；

(3)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；

(4) 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；

(5)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。

(1)電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣，根據總反應：Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑，所以金屬鐵是陽極，該電極上金屬鐵發生失電子的氧化反應，即Fe- 6e- +8OH- FeO42- + 4H2O；

(2)據總反應：Fe+ 2H2O+ 2OH- FeO42-+3H2↑，每制得1molNa2FeO4，理論上可以產生氫氣3mol，即標準狀況體積是3mol× 22.4L/mol= 67.2L；

(3)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；

(4)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；

(5)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。