Question

5．电化学原理在能量转换、物质合成、防止金属腐蚀等方面应用广泛．如图所示3套实验装置，分别回答下列问题：

（1）装置1为铁的吸氧腐蚀实验．一段时间后，向插入铁钉的玻璃筒内滴入KSCN溶液呈无色，再滴入氯水即可观察到铁钉附近的溶液变红色，表明铁被氧化；向插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞试液，可观察到碳棒附近的溶液变红，该电极反应为O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-．
（2）装置2中的石墨是正极（填“正”或“负”），该装置发生的总反应的离子方程式为Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺．盐桥中装有含琼脂的KCl，盐桥中Cl^-会移向右（填“左”或“右”）侧烧杯的溶液．
（3）装置3中甲烧杯盛放100mL 0.2mol•L^-1的NaCl溶液，乙烧杯盛放100mL 0.5mol•L^-1的CuSO₄溶液．反应一段时间后，停止通电．向甲烧杯中滴入几滴酚酞试液，观察到石墨电极附近首先变红．
①甲烧杯中铁电极的电极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙烧杯中电解反应的离子方程式为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③停止电解，取出Cu电极，洗涤、干燥、称量，电极增重0.64g，则甲烧杯中产生的气体在标准状况下为224 mL．电解后的乙烧杯溶液中的c（H⁺）为0.2mol/L（假设电解前后溶液的体积不变）

Answer 1

分析 （1）铁发生吸氧腐蚀，铁被氧化生成Fe²⁺，Fe²⁺与K₃[Fe（CN）₆]反应生成蓝色沉淀，正极发生还原反应，氧气得到电子被还原生成OH^-；
（2）形成原电池，总方程式为Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺；
（3）向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，说明石墨极生成4OH^-，应为电解池的阴极，则M为正极，N为负极，乙烧杯为电解硫酸的反应，阳极生成氧气，阴极析出铜，结合电极方程式解答该题．

解答 解：（1）铁发生吸氧腐蚀，铁被氧化生成Fe²⁺，正极发生还原反应，氧气得到电子被还原生成OH^-，电极方程式为O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-，
故答案为：氧化；O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-；
（2）铜可被Fe³⁺氧化，发生Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，形成原电池反应时，铜为负极，发生氧化反应，石墨为正极，盐桥中装有含琼脂的KCl，盐桥中Cl^-会移向右侧负极，故答案为：正；Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺；右；
（3）乙烧杯为电解硫酸的反应，阳极生成氧气，阴极析出铜，
①向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，说明石墨极生成4OH^-，应为电解池的阴极，则M为正极，N为负极，电解氯化钠溶液，阳极发生氧化反应生成二价铁，电极方程式为 Fe-2e^-═Fe²⁺，故答案为：Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙烧杯为电解硫酸的反应，阳极生成氧气，阴极析出铜，电解方程式为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，故答案为：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③取出Cu电极，洗涤、干燥、称量、电极增重0.64g，则生成Cu的物质的量为$\frac{0.64g}{64g/mol}$=0.01mol，转移的电子的物质的量为0.01mol×2=0.02mol，
甲烧杯中，阳极铁被氧化，阴极产生气体为氢气，
2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
    2mol    22.4L
   0.02mol    V
V=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224ml，
乙烧杯中，阳极消耗氢氧根离子为0.02mol，则剩余氢离子浓度为0.02mol，所以电解后的乙烧杯溶液中的c（H⁺）为$\frac{0.02}{0.1}$=0.2mol/L，
故答案为：224；0.2mol/L．

点评 本题考查电化学知识，题目难度中等，做题时注意电极的判断和电极反应的书写，注意串联电路中各电极转移的电子数目相等，利用反应的方程式计算．