Question

12．如圖所示3套實驗裝置，分別回答下列問題：

（1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實驗．一段時間后，向插入碳棒的玻璃筒內(nèi)滴入酚酞溶液，可觀察到碳棒附近的溶液變紅，該電極反應(yīng)為O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-．
（2）裝置2中的石墨是正極（填“正”或“負”），該裝置發(fā)生的總反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．
（3）裝置3中甲燒杯盛放100mL 0.2mol•L^-1的NaCl溶液，乙燒杯盛放100mL 0.5mol•L^-1的CuSO₄溶液．反應(yīng)一段時間后，停止通電．取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量，電極增重 0.64g．
①電源的M端為正極，甲燒杯中鐵電極的電極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙燒杯中電解反應(yīng)的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③甲、乙兩燒杯中生成的氣體標準狀況下共224mL．

Answer 1

分析 （1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實驗，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，鐵為負極，碳為正極，觀察到碳棒附近的溶液變紅，說明在碳極上氧氣得電子生成OH^-離子，以此判斷并書寫電極反應(yīng)式；
（2）裝置2為原電池，負極為Cu，電極反應(yīng)為：Cu-2e^-═Cu²⁺，正極為石墨，電極反應(yīng)為2Fe+2e^-═2Fe²⁺，以此書寫電池總反應(yīng)；
（3）①反應(yīng)一段時間后，停止通電．向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附近首先變紅，說明在石墨電極上生成OH^-離子，電極反應(yīng)為：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，發(fā)生還原反應(yīng)，為電解池的陰極，連接電源的負極，即M端為正極，N端為負極，陽極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺，
②乙燒杯電解硫酸銅溶液，石墨為陽極，電極反應(yīng)為4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu為陰極，電極反應(yīng)為Cu²⁺+2e^-═Cu，電解的總反應(yīng)為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，
③根據(jù)電極反應(yīng)和串聯(lián)電路各極上轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目相等進行計算．

解答 解：（1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實驗，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，鐵為負極，碳為正極，觀察到碳棒附近的溶液變紅，說明在碳極上氧氣得電子生成OH^-離子，反應(yīng)的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
（2）裝置2為原電池，負極為Cu，電極反應(yīng)為：Cu-2e^-═Cu²⁺，正極為石墨，電極反應(yīng)為2Fe+2e^-═2Fe²⁺，反應(yīng)的總方程式為2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：正；2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）①反應(yīng)一段時間后，停止通電．向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附近首先變紅，說明在石墨電極上生成OH^-離子，電極反應(yīng)為：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，發(fā)生還原反應(yīng)，為電解池的陰極，連接電源的負極，即M端為正極，N端為負極，陽極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺，故答案為：正；Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙燒杯電解硫酸銅溶液，石墨為陽極，電極反應(yīng)為4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu為陰極，電極反應(yīng)為Cu²⁺+2e^-═Cu，電解的總反應(yīng)為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，
故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重0.64g，則生成Cu的物質(zhì)的量為$\frac{0.64g}{64g/mol}$=0.01mol，轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.01mol×2=0.02mol，
根據(jù)甲燒杯產(chǎn)生氣體的電極反應(yīng)計算生成氣體的體積，
2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
2mol 22.4L
0.02mol V
V=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224ml，故答案為：224．

點評 本題考查電化學(xué)知識，題目難度中等，做題時注意電極的判斷和電極反應(yīng)的書寫，注意串聯(lián)電路中各電極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等，利用反應(yīng)的方程式計算．