Question

12．铜与稀硫酸不反应，某校实验小组的同学在老师的指导下设计了下列装置，实现了铜与稀硫酸的反应．请回答下列问题：
（1）甲同学认为在通入空气的同时，将开关K与a（填“a”或“b”）连接，即可实现．则此时石墨电极的反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，总反应的化学方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O．电池工作时，H⁺向C（填“C”或“Cu”）极移动．
（2）乙同学认为，不通入空气，将K与b（填“a”或“b”）连接，也可以实现．则Cu极的电极反应式为Cu-2e^-=Cu²⁺；该过程的总反应离子方程式为．若标准状况下产生2.24L气体，则电路中转移的电子为0.2mol．
（3）丙同学认为还可以用如图所示装置模拟工业上电镀铜．他认为只要将C换成Fe（Cu足量），并将乙同学的实验持续足够长时间，即可实现在Fe上镀Cu．你认为他的想法正确（填“正确”或“不正确”）；这种方法得到的铜镀层不牢固（填“牢固”或“不牢固”），理由是在电镀过程中会有氢气生成，导致镀层中有气泡．

Answer 1

分析 （1）通入空气时，K与a相连，可以构成原电池，铜为负极，碳棒为正极，结合原电池原理写出总反应的化学方程式；
（2）K与b相连时构成电解池，铜与电源正极相连，为电解池的阳极，则铜失去电子生成铜离子，碳棒上氢离子得到电子生成氢气，据此写出电极反应式及总反应的离子方程式；
（3）电镀中镀层铜与电源的正极相连，镀件与电源的负极相连，由此分析解答．

解答 解：（1）在通入空气的同时，将开关K与a相连可构成原电池，铜为负极，铜失去电子生成铜离子，碳棒为正极，氧气得到电子生成水，电极的反应式为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，电池总反应为：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，原电池工作时阳离子向正极移动，即向C移动，
故答案为：a；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；C；
（2）不通入空气时，K与b相连构成了电解池，铜为阳极，失去电子发生氧化反应：Cu-2e^-=Cu²⁺，碳棒为阴极，氢离子得到电子生成氢气，电解总反应为：Cu+2H⁺=Cu²⁺+H₂↑，若标准状况下产生2.24L气体，即物质的量为0.1mol，则电路中转移的电子为0.2mol，
故答案为：b；Cu-2e^-=Cu²⁺；Cu+2H⁺=Cu²⁺+H₂↑；0.2mol；
（3）镀层金属铜与电源的正极相连，镀件铁与电源的负极相连，能实现在在Fe上镀Cu，但电镀过程中会有氢气生成，导致镀层中有气泡，而导致镀层不牢固，故答案为：正确，不牢固，在电镀过程中会有氢气生成，导致镀层中有气泡．

点评 本题考查了原电池、电解池工作原理，题目难度中等，明确原电池和电解池工作原理为解答关键，注意掌握书写电极反应式的方法，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力．