Question

13．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案．请你帮助他们完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸（或稀盐酸）中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性．该原理的离子方程式为Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性．试在如图的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式．
正极反应式：2H⁺+2e^-=H₂↑；负极反应式：Fe=Fe²⁺+2e^-．
若该电池中有0.1mol的电子转移，请问消耗2.8克Fe
方案Ⅲ．结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案（与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同）：取无锈铁棒插入CuSO₄溶液，若铁棒表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强，用离子方程式表示其反应原理：Fe+Cu²⁺═Cu+Fe²⁺．

Answer 1

分析 Ⅰ：根据铁与酸的反应分析并写出离子方程式；
Ⅱ：利用Fe、Cu作电极设计成原电池，因铁比铜活泼，负极为铁，正极为铜，电解质溶液可为酸或铜盐溶液；
Ⅲ：根据铁、铜之间的置换反应设计．

解答 解：方案Ⅰ：铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，离子方程式为Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，故答案为：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
方案Ⅱ：利用Fe、Cu作电极设计成原电池，因铁比铜活泼，负极为铁，正极为铜，电解质溶液可为酸或铜盐溶液，可设计装置图为，负极铁被氧化生成Fe²⁺，正极H⁺被还原生成H₂，正极反应为2H⁺+2e^-→H₂↑，负极反应为Fe=Fe²⁺+2e^-，若该电池中有0.1mol的电子转移，请问消耗0.05×56=2.8克Fe
故答案为：；2H⁺+2e^-=H₂↑；Fe=Fe²⁺+2e^-；2.8；
方案Ⅲ：根据铁和铜的置换反应设计，设计方法如下：将铁片置于CuSO₄溶液中，一段时间后观察Fe表面有红色的金属铜析出，即可以证明金属铁的活泼性强于金属铜的，反应原理为铁和铜离子发生氧化还原反应生成铜和二价铁离子，反应的离子方程式为Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu，
故答案为：取无锈铁棒插入CuSO₄溶液，若铁棒表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强；Fe+Cu²⁺═Cu+Fe²⁺．

点评 本题以原电池工作原理为载体判断金属的活泼性，注意在原电池中不能仅仅根据电极的正负极判断金属的活泼性，如：在Mg-Al-NaOH溶液组成的原电池中，镁的金属性大于铝，但镁作正极，铝作负极，题目难度不大．