Question

如圖所示，金屬桿ab放在兩水平放置的長直平行金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌電阻不計，導(dǎo)軌間的寬度為1.0m，其間有豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B＝1.0T，現(xiàn)用導(dǎo)線與插入電解槽中的兩惰性電極C，D相連，回路的總電阻為2Ω，電解液為500mL的CuSO₄溶液，現(xiàn)對棒施加一大小為3N的水平恒力，棒恰好開始運動，最后達到穩(wěn)定狀態(tài)，從棒開始運動到棒達到穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，C，D中的某電極增重3.2mg．(設(shè)電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積的變化)

(1)寫出電極D的反應(yīng)式；

(2)寫出電解CuSO₄溶液的化學(xué)方程式；

(3)棒達到穩(wěn)定狀態(tài)時的速度為多大？

(4)ab棒剛達到穩(wěn)定速度時，溶液中氫離子濃度約為多少？

(5)從棒開始運動到達到穩(wěn)定過程中，棒ab移動的距離？

Answer 1

答案：
解析：

巧解分析：導(dǎo)體在外力作用下運動，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，由物理知識得出電極正負，再結(jié)合化學(xué)知識解答． 　　(1)ab棒在外力作用下向右運動，導(dǎo)體中就會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，由右手定則可知C為陰極，D為陽極，電解槽中的離子為Cu2+，，H+，OH－，在陰極Cu2+比H+易得到電子；在陽極，OH－比易失去電子，D極的電極反應(yīng)式為：4OH－－4e＝O2↑＋2H2O． 　　(2)化學(xué)反應(yīng)方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑． 　　(3)棒最終做勻速運動，即為穩(wěn)定狀態(tài)，滿足：F＝BIl＝B··l． 　　代入數(shù)據(jù)得：v＝6m/s． 　　(4)根據(jù)電解反應(yīng)關(guān)系式Cu2H+可知，每生成64g Cu將同時生成2mol H+，故 　　[H+]＝＝2×10－4mol/L． 　　(5)由電極C的電極反應(yīng)式Cu2+＋2e－＝Cu可知，每生成1mol Cu需要2mol電子，而在該過程中生成的銅為：＝5×10－5mol． 　　故其間有q＝2×1.6×10－19×6.02×1023×5×10－5＝9.63C的電量流過棒ab，則由 　　q＝IΔt＝，得s＝＝19.2m．

提示：

命題意圖：本題考查物理與化學(xué)的綜合問題，涉及到電路計算、電磁感應(yīng)、電解反應(yīng)和物質(zhì)的量濃度計算等知識．