Question

将质量相等的铁片和铜片用导线相连浸入500mL硫酸铜溶液中构成如图1的装置：（以下均假设反应过程中溶液体积不变）．

（1）铁片上的电极反应式为　　．

（2）铜片周围溶液会出现　　的现象．

（3）若2min后测得铁片和铜片之间的质量差为1.2g，计算：

①导线中流过的电子的物质的量为　　mol；

②该段时间内用硫酸铜表示的平均反应速率为　　mol•L^﹣1•min^﹣1

（4）若一段时间后测得铁片减少了2.4g，同时铜片增加了3.2g，计算这段时间内该装置消耗的化学能转化为电能的百分比为　　．

（5）若将该装置改为如图2所示的装置也能达到和原装置相同的作用．其中KCl溶液起沟通两边溶液形成闭合回路的作用，同时又能阻止反应物直接接触．则硫酸铜溶液应该注入　　（填“左侧”、“右侧”或“两侧”）烧杯中．

Answer 1

考点：

原电池和电解池的工作原理．

专题：

电化学专题．

分析：

（1）该装置构成原电池，铁易失电子而作负极，铜作正极，铁电极上铁失电子而发生氧化反应；

（2）铜电极上铜离子得电子发生还原反应；

（3）①负极上铁溶解，正极上析出铜，铁片和铜片相差的质量为溶解铁和析出铜的质量之和，溶解铁的物质的量和析出铜的物质的量相等，根据金属和转移电子之间的关系式计算；

②根据铜离子的物质的量计算平均反应速率；

（4）由于Fe与硫酸铜溶液直接接触，部分Fe发生原电池反应，另一部分直接与铜离子发生置换反应，根据Fe发生两种反应的量来求算；

（5）含有盐桥的原电池中，电极材料与相应的电解质溶液中含有相同的金属元素．

解答：

解：（1）该装置构成原电池，铁易失电子而作负极，铜作正极，铁电极上铁失电子而发生氧化反应，电极反应式为：Fe﹣2e^﹣=Fe²⁺，

故答案为：Fe﹣2e^﹣=Fe²⁺；

（2）铜电极上铜离子得电子发生还原反应而生成铜，所以铜离子浓度降低，则溶液颜色变浅，故答案为：溶液颜色变浅；

（3）①负极上铁溶解，正极上析出铜，铁片和铜片相差的质量为溶解铁和析出铜的质量之和，溶解铁的物质的量和析出铜的物质的量相等，设转移电子的物质的量为xmol，×56+×64=1.24，x=0.02，

故答案为：0.02；

②铜离子的浓度变化为：=0.02mol/L，则该段时间内用硫酸铜表示的平均反应速率为=0.01mol•L^﹣1•min^﹣1；

故答案为：0.01；

（4）铁电极的电子一部分传给铜电极，发生原电池反应．同时铁电极上也发生置换反应．电极反应：Fe﹣2e^﹣→Fe²⁺，Cu²⁺+2e^﹣=Cu，铜电极增加3.2g，即0.05mol，同时铁电极原电池反应产生0.05molFe²⁺，即铁电极减少56g/mol×0.05mol=2.8g，但是铁片只减少了2.4g，因为铁片有一部分直接发生置换反应，有铜生成，所以质量增加了，这部分铁的化学能没有转化为电能，所以有2.8g﹣2.4g=0.4g的质量差，设有xmol铁直接参与置换反应，

Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺△m

      1mol               8

       x                0.4

计算得x=0.05mol，即直接发生置换反应的铁为0.05mol，参与原电池反应的铁也是0.05mol，所以该装置消耗化学能有50%转化为电能；

故答案为：50%；

（5）含有盐桥的原电池中，电极材料与相应的电解质溶液中含有相同的金属元素，所以硫酸铜溶液应该倒入右侧，故答案为：右侧．

点评：

本题考查学生原电池的工作原理，结合了化学反应速率知识来考查，综合性强，难度较大，注意根据原电池中正负极上发生的电极反应来分析解答．