Question

17．某研究性学习小组进行原电池和电解的实验．
（1）若利用石墨棒和铁作电极设计成如图1装置，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，一段时间后X极附近溶液变红色．则：X电极上的反应式为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；Y极上的反应式为2Fe-4e^-═2Fe²⁺．
（2）若利用石墨棒（X）和铁（Y）作电极设计成如图2装置，a是饱和NaCl溶液（a表面滴有几滴苯），实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液．一段时间后X电极附近可以看到溶液变红色，电池总反应方程式为Fe+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑．
（3）若将图2中的X、Y都用石墨棒作电极，电解500mL含CuSO₄的1mol/LNaCl溶液，一段时间后，两极均得到11.2L气体（标准状况下），试通过计算求原溶液中硫酸铜的物质的量浓度？（电解过程中溶液体积没有变化）

Answer 1

分析 （1）若利用石墨棒和铁作电极设计成如图1装置，构成的是原电池，铁做负极失电子发生氧化反应，石墨棒做正极，溶液中氧气得到电子发生还原反应，一段时间后X极附近溶液变红色说明X为正极，Y为负极；
（2）若利用石墨棒（X）和铁（Y）作电极设计成如图2装置，a是饱和NaCl溶液（a表面滴有几滴苯），与电源正极相连的Y电极为阳极，铁失电子发生氧化反应生成亚铁离子，与电源负极相连的电极为阴极，溶液中氢离子得到电子发生还原反应，氢离子浓度减小，水的电离促进氢氧根离子浓度增大，酚酞变红色；
（3）若将图2中的X、Y都用石墨棒作电极，电解500mL含CuSO₄的1mol/LNaCl溶液，一段时间后，两极均得到11.2L气体（标准状况下），书写电极反应，结合阴阳两极上电子守恒计算得到铜离子物质的量，计算得到元溶液中铜离子的物质的量浓度．

解答 解：（1）若利用石墨棒和铁作电极设计成如图1装置，构成的是原电池，铁做负极失电子发生氧化反应，石墨棒做正极，溶液中氧气得到电子发生还原反应，一段时间后X极附近溶液变红色说明X为正极，电极反应为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，Y为负极，电极反应为：2Fe-4e^-═2Fe²⁺，
故答案为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；2Fe-4e^-═2Fe²⁺；
（2）电源正极相连的Y电极为阳极，铁失电子发生氧化反应生成亚铁离子，Fe-2e^-═Fe²⁺，与电源负极相连的电极X为阴极，溶液中氢离子得到电子发生还原反应，2H⁺+2e^-=H₂↑，氢离子浓度减小，水的电离促进氢氧根离子浓度增大，酚酞变红色，电池总反应方程式为：Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑，
故答案为：溶液变红色；Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑；
（3）若将图2中的X、Y都用石墨棒作电极，电解500mL含CuSO₄的1mol/LNaCl溶液，一段时间后，两极均得到11.2L气体（标准状况下），溶液中n（Cl^-）=0.5L×1mol/L=0.5mol，生成气体物质的量n=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，结合两个电极上电子守恒计算，
阳极电极反应：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
                          2         2       1
                   0.5mol   0.5mol     0.25mol
氢氧根离子放电生成氧气0.25mol，
     4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
              4                   1
              1mol            0.25mol
电子转移总数1.5mol，
阴极电极反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，
                               2        1
                           1mol      0.5mol
                           Cu²⁺+2e^-=Cu，
                            1         2
                     0.25mol      0.5mol
原溶液中硫酸铜的物质的量浓度=$\frac{0.25mol}{0.5L}$=0.5mol/L，
答：原溶液中硫酸铜的物质的量浓度位0.5mol/L．

点评 本题考查了原电池、电解池的原理、电极反应书写，电子守恒的计算应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．