题目内容

4．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．

（1）铜片上的电极反应式为Cu2++2e-=Cu，铜片周围溶液会出现颜色变浅的现象．
（2）若按照上述装置反应一段时间后测得铁片减少了2.4g，同时铜片增加了3.2g，则这段时间内该装置消耗的化学能有50%转化为电能．
（3）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，同时能保证停止使用该装置时反应物不损耗，KCl溶液起沟通两边溶液形成闭合回路的作用，则硫酸铜溶液应该注入右（填“左侧”、“右侧”或“两侧”）烧杯中，若2min内铁片减少了5.6g，则中间U形管中K+的流速是0.1mo1/min．
（4）若按照（3）中装置反应一段时间后测得铁片和铜片之间的质量差为0.6g，则导线中流过的电子为0.01mol．

分析 （1）装置是否有外加电源可以判断所属的类别，根据电池的工作原理来分析电极电极反应以及现象；
（2）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×0.05
mol=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 64         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；
（3）盐桥原电池中，金属电极插入含有该电极金属阳离子的盐溶液中，所以硫酸铜溶液应该注入右侧烧杯中，若2min内铁片减少了5.6g，该段时间内用亚铁离子表示的平均反应速率v=$\frac{\frac{\frac{5.6g}{56g/mol}}{0.5L}}{2min}$=0.1mol•L-1•min-1，则中间U形管中K+的流速是0.1mol/min；
（4）根据电极反应式来计算．

解答 解：（1）装置没有外加电源，属于原电池，活泼金属锌做负极，本身失电子，Fe-2e-=Fe2+，正极上是铜离子得电子，电极反应式：Cu2++2e-=Cu，所以铜离子在该极附近溶度减小，溶液颜色变浅，故答案为：Cu2++2e-=Cu；颜色变浅；
（2）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×0.05
mol=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 64         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；
（3）盐桥原电池中，金属电极插入含有该电极金属阳离子的盐溶液中，所以硫酸铜溶液应该注入右侧烧杯中，若2min内铁片减少了5.6g，该段时间内用亚铁离子表示的平均反应速率v=$\frac{\frac{\frac{5.6g}{56g/mol}}{0.5L}}{2min}$=0.1mol•L-1•min-1，则中间U形管中K+的流速是0.1mol/min，故答案为：右；0.1；
（4）铁电极发生的反应为：Fe-2e-→Fe2+，正极上是铜离子得电子，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，设转移电子为n，则铁质量减少28n，Cu电极质量增加32n，铁片和铜片之间的质量差为28n+32n=60n=0.6g，所以n=0.01，故答案为：0.01．

点评 本题考查学生原电池的工作原理，学生要学会应用差量法在电极反应计算中的运用，综合性强，难度较大．

练习册系列答案
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14．下列说法中，错误的是（　　）
A．元素周期表中，有18个纵行即有18个族
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C．在周期表里，元素所在的周期序数等于原子核外的电子层数
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