题目内容

如图所示,金属杆ab放在两水平放置的长直平行金属导轨上,导轨电阻不计,导轨间的宽度为1.0m,其间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=1.0T,现用导线与插入电解槽中的两惰性电极C,D相连,回路的总电阻为2Ω,电解液为500mL的CuSO4溶液,现对棒施加一大小为3N的水平恒力,棒恰好开始运动,最后达到稳定状态,从棒开始运动到棒达到稳定状态的过程中,C,D中的某电极增重3.2mg.(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积的变化)

(1)写出电极D的反应式;
(2)写出电解CuSO4溶液的化学方程式;
(3)棒达到稳定状态时的速度为多大?
(4)ab棒刚达到稳定速度时,溶液中氢离子浓度约为多少?
(5)从棒开始运动到达到稳定过程中,棒ab移动的距离?
 
(1)4OH-4e=O2↑+2H2O.
(2)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2
(3) v=6m/s    (4) 2×10-4mol/L    (5) 19.2m

巧解分析:导体在外力作用下运动,导体中产生感应电流,由物理知识得出电极正负,再结合化学知识解答.
  (1)ab棒在外力作用下向右运动,导体中就会有感应电流产生,由右手定则可知C为阴极,D为阳极,电解槽中的离子为Cu2+,H+,OH,在阴极Cu2+比H+易得到电子;在阳极,OH易失去电子,D极的电极反应式为:4OH-4e=O2↑+2H2O.
  (2)化学反应方程式:2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑.
  (3)棒最终做匀速运动,即为稳定状态,满足:F=BIl=B··l
  代入数据得:v=6m/s.
  (4)根据电解反应关系式Cu2H+可知,每生成64g Cu将同时生成2mol H+,故
  [H+]==2×10-4mol/L.
  (5)由电极C的电极反应式Cu2++2e=Cu可知,每生成1mol Cu需要2mol电子,而在该过程中生成的铜为:=5×10-5mol.
  故其间有q=2×1.6×10-19×6.02×1023×5×10-5=9.63C的电量流过棒ab,则由
  q=IΔt=,得s==19.2m.
★ 试题错析: 思维诊断:本题综合程度较高,而解决这类问题的关键就是要抓住通过电解液的电量这一物理、化学知识联系的交叉点.
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