Question

12．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，向插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，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2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．
（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．取出Cu电极，洗涤、干燥、称量，电极增重 0.64g．
①电源的M端为正极，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甲、乙两烧杯中生成的气体标准状况下共224mL．

Answer 1

分析 （1）装置1为铁的吸氧腐蚀实验，发生电化学腐蚀，铁为负极，碳为正极，观察到碳棒附近的溶液变红，说明在碳极上氧气得电子生成OH^-离子，以此判断并书写电极反应式；
（2）装置2为原电池，负极为Cu，电极反应为：Cu-2e^-═Cu²⁺，正极为石墨，电极反应为2Fe+2e^-═2Fe²⁺，以此书写电池总反应；
（3）①反应一段时间后，停止通电．向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，说明在石墨电极上生成OH^-离子，电极反应为：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，发生还原反应，为电解池的阴极，连接电源的负极，即M端为正极，N端为负极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，
②乙烧杯电解硫酸铜溶液，石墨为阳极，电极反应为4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu为阴极，电极反应为Cu²⁺+2e^-═Cu，电解的总反应为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，
③根据电极反应和串联电路各极上转移电子的数目相等进行计算．

解答 解：（1）装置1为铁的吸氧腐蚀实验，发生电化学腐蚀，铁为负极，碳为正极，观察到碳棒附近的溶液变红，说明在碳极上氧气得电子生成OH^-离子，反应的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，故答案为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
（2）装置2为原电池，负极为Cu，电极反应为：Cu-2e^-═Cu²⁺，正极为石墨，电极反应为2Fe+2e^-═2Fe²⁺，反应的总方程式为2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案为：正；2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）①反应一段时间后，停止通电．向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，说明在石墨电极上生成OH^-离子，电极反应为：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，发生还原反应，为电解池的阴极，连接电源的负极，即M端为正极，N端为负极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，故答案为：正；Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙烧杯电解硫酸铜溶液，石墨为阳极，电极反应为4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu为阴极，电极反应为Cu²⁺+2e^-═Cu，电解的总反应为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}$=0.01mol，转移的电子的物质的量为0.01mol×2=0.02mol，
根据甲烧杯产生气体的电极反应计算生成气体的体积，
2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
2mol 22.4L
0.02mol V
V=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224ml，故答案为：224．

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．