Question

3．（1）将Zn棒和Cu棒用导线连接后，放入某电解质溶液中，构成如图1所示装置．试回答下列问题：

①若电解质溶液为稀硫酸，则Zn棒为原电池的负极，可观察到Cu棒的所产生现象是有气体析出，试用电极反应式表示该现象：2H⁺+2e^-=H₂↑．
②若电解质为硫酸铜溶液，则Cu棒上发生还原反应，Zn棒上发生反应的电极反应式为：Zn-2e^-=Zn²⁺．
③若在上述两个过程中，Zn棒减少的质量相等，则Cu棒上（1）和（2）所析出物质的质量之比为：1：32．
（2）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料．如图2是一个电化学过程示意图．
①铂片上发生的电极反应是Cu²⁺+2e^-═Cu．
②假设使用肼-空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128g，则肼-空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气112L（假设空气中氧气体积含量为20%）．

Answer 1

分析 （1）①铜锌原电池中，活泼金属作负极，在正极上有气体生成；
②若电解质为硫酸铜溶液，则在正极上析出铜；
③根据原电池两极上得失电子数目相等计算；
（2）电解硫酸铜溶液，阴极上铜离子放电，阳极上铜失电子发生氧化反应；根据串联电路中转移电子相等计算．

解答 解：（1）①将Zn棒和Cu棒用导线连接后，若电解质溶液为稀硫酸，则锌为负极，铜为正极，负极反应为：Zn-2e^-=Zn²⁺，正极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，在正极上有气体生成，
故答案为：负；有气体析出；2H⁺+2e^-=H₂↑；
②将Zn棒和Cu棒用导线连接后，若电解质为硫酸铜溶液，则在正极上析出铜，锌为负极，负极反应为Zn-2e^-=Zn²⁺，正极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案为：还原；Zn-2e^-=Zn²⁺；
③设上述两个过程中都消耗1molZn，则：Cu棒上（1）所析出物质的质量为：1mol×2g/mol=2g，（2）所析出物质的质量为：1mol×64g/mol=64g，Cu棒上（1）和（2）所析出物质的质量之比为2g：64g=1：32，故答案为：1：32；
（2）①电解硫酸铜溶液，阴极铂上铜离子放电生成铜单质，电极反应式为Cu²⁺+2e^-═Cu，
故答案为：Cu²⁺+2e^-═Cu；
②阳极上铜失电子发生氧化反应，消耗128g铜转移电子的物质的量=$\frac{128g}{64g/mol}$×2=4mol，
根据串联电路中转移电子相等得消耗标准状况下的氧气体积=$\frac{4mol}{4}$×22.4L/mol=22.4L，
氧气的体积占空气的20%，
所以空气体积=22.4÷20%=112L，
故答案为：112．

点评 本题以联氨为背景考查了原电池及电解池，据电解原理的电极反应特点写出铂极上的电极反应式，并结合质量变化进行相关计算，根据已知化学电源的书写方法，难度不大．