Question

將質(zhì)量相等的鐵片和銅片用導(dǎo)線相連浸入500mL硫酸銅溶液中構(gòu)成如圖1的裝置：（以下均假設(shè)反應(yīng)過程中溶液體積不變）．

（1）鐵片上的電極反應(yīng)式為　　．

（2）銅片周圍溶液會出現(xiàn)　　的現(xiàn)象．

（3）若2min后測得鐵片和銅片之間的質(zhì)量差為1.2g，計算：

①導(dǎo)線中流過的電子的物質(zhì)的量為　　mol；

②該段時間內(nèi)用硫酸銅表示的平均反應(yīng)速率為　　mol•L^﹣1•min^﹣1

（4）若一段時間后測得鐵片減少了2.4g，同時銅片增加了3.2g，計算這段時間內(nèi)該裝置消耗的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的百分比為　　．

（5）若將該裝置改為如圖2所示的裝置也能達到和原裝置相同的作用．其中KCl溶液起溝通兩邊溶液形成閉合回路的作用，同時又能阻止反應(yīng)物直接接觸．則硫酸銅溶液應(yīng)該注入　　（填“左側(cè)”、“右側(cè)”或“兩側(cè)”）燒杯中．

Answer 1

考點：

原電池和電解池的工作原理．

專題：

電化學(xué)專題．

分析：

（1）該裝置構(gòu)成原電池，鐵易失電子而作負(fù)極，銅作正極，鐵電極上鐵失電子而發(fā)生氧化反應(yīng)；

（2）銅電極上銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)；

（3）①負(fù)極上鐵溶解，正極上析出銅，鐵片和銅片相差的質(zhì)量為溶解鐵和析出銅的質(zhì)量之和，溶解鐵的物質(zhì)的量和析出銅的物質(zhì)的量相等，根據(jù)金屬和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計算；

②根據(jù)銅離子的物質(zhì)的量計算平均反應(yīng)速率；

（4）由于Fe與硫酸銅溶液直接接觸，部分Fe發(fā)生原電池反應(yīng)，另一部分直接與銅離子發(fā)生置換反應(yīng)，根據(jù)Fe發(fā)生兩種反應(yīng)的量來求算；

（5）含有鹽橋的原電池中，電極材料與相應(yīng)的電解質(zhì)溶液中含有相同的金屬元素．

解答：

解：（1）該裝置構(gòu)成原電池，鐵易失電子而作負(fù)極，銅作正極，鐵電極上鐵失電子而發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Fe﹣2e^﹣=Fe²⁺，

故答案為：Fe﹣2e^﹣=Fe²⁺；

（2）銅電極上銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)而生成銅，所以銅離子濃度降低，則溶液顏色變淺，故答案為：溶液顏色變淺；

（3）①負(fù)極上鐵溶解，正極上析出銅，鐵片和銅片相差的質(zhì)量為溶解鐵和析出銅的質(zhì)量之和，溶解鐵的物質(zhì)的量和析出銅的物質(zhì)的量相等，設(shè)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為xmol，×56+×64=1.24，x=0.02，

故答案為：0.02；

②銅離子的濃度變化為：=0.02mol/L，則該段時間內(nèi)用硫酸銅表示的平均反應(yīng)速率為=0.01mol•L^﹣1•min^﹣1；

故答案為：0.01；

（4）鐵電極的電子一部分傳給銅電極，發(fā)生原電池反應(yīng)．同時鐵電極上也發(fā)生置換反應(yīng)．電極反應(yīng)：Fe﹣2e^﹣→Fe²⁺，Cu²⁺+2e^﹣=Cu，銅電極增加3.2g，即0.05mol，同時鐵電極原電池反應(yīng)產(chǎn)生0.05molFe²⁺，即鐵電極減少56g/mol×0.05mol=2.8g，但是鐵片只減少了2.4g，因為鐵片有一部分直接發(fā)生置換反應(yīng)，有銅生成，所以質(zhì)量增加了，這部分鐵的化學(xué)能沒有轉(zhuǎn)化為電能，所以有2.8g﹣2.4g=0.4g的質(zhì)量差，設(shè)有xmol鐵直接參與置換反應(yīng)，

Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺△m

      1mol               8

       x                0.4

計算得x=0.05mol，即直接發(fā)生置換反應(yīng)的鐵為0.05mol，參與原電池反應(yīng)的鐵也是0.05mol，所以該裝置消耗化學(xué)能有50%轉(zhuǎn)化為電能；

故答案為：50%；

（5）含有鹽橋的原電池中，電極材料與相應(yīng)的電解質(zhì)溶液中含有相同的金屬元素，所以硫酸銅溶液應(yīng)該倒入右側(cè)，故答案為：右側(cè)．

點評：

本題考查學(xué)生原電池的工作原理，結(jié)合了化學(xué)反應(yīng)速率知識來考查，綜合性強，難度較大，注意根據(jù)原電池中正負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)來分析解答．