Question

3．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Fe-2e^-=Fe²⁺，铜片周围溶液会出现溶液颜色变浅的现象．
（2）若2min后测得铁片和铜片之间的质量差为1.2g，计算：导线中流过的电子的物质的量为0.02mo1；
（3）金属的电化学腐蚀的本质是形成了原电池．如下图所示，烧杯中都盛有稀硫酸．

①图2B中的Sn为正极，Sn极附近溶液的pH（填增大、减小或不变）增大．
②图2C中被腐蚀的金属是锌．比较A、B、C中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是B＞A＞C．
（4）人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要．燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图3是电解质为稀硫酸溶液的氢氧燃料电池原理示意图，回答下列问题：
①氢氧燃料电池的总反应化学方程式是：2H₂+O₂=2H₂O．
②电池工作一段时间后硫酸溶液的浓度减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）铁比铜活泼，为原电池的负极，铁失电子发生氧化反应，铜为正极，溶液中的铜离子在正极得电子发生还原反应；
（2）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；
（3）①B装置构成原电池，Fe更活泼易失电子作负极，Sn作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应而生成氢气，导致氢离子浓度降低；
②作负极的金属加速被腐蚀，作正极的金属被保护，金属腐蚀快慢速率：作负极的金属＞发生化学腐蚀的金属＞作正极的金属；
（4）①氢氧燃料电池的总反应即是氢气与氧气反应生成水；
②根据燃料电池的总反应方程式判断硫酸浓度的变化．

解答 解：（1）铁比铜活泼，为原电池的负极，发生氧化反应，电极方程式为Fe-2e^-=Fe²⁺；铜为正极，发生还原反应，电极方程式为Cu²⁺+2e^-=Cu，则铜片周围溶液会出现溶液颜色变浅的现象，
故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺；溶液颜色变浅；
（2）设转移xmol电子，则消耗0.5xmolFe，析出0.5xmolCu，则有0.5x×（64+56）=1.2，x=0.02，
故答案为：0.02；
（3）①B装置构成原电池，Fe更活泼易失电子作负极，Sn作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应而生成氢气，电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，导致氢离子浓度降低，溶液的pH增大，
故答案为：正；增大；
②A装置中Fe发生化学腐蚀；装置B、C构成原电池，B装置中Fe更活泼易失电子作负极，Sn作正极；C装置中Zn易失电子作负极，Fe作正极，作负极的金属加速被腐蚀，所以锌被腐蚀，作正极的金属铁被保护，金属腐蚀快慢速率为：作负极的金属＞发生化学腐蚀的金属＞作正极的金属，所以铁被腐蚀快慢速率为B＞A＞C，
故答案为：锌；B＞A＞C；
（4）①氢氧燃料电池的总反应即是氢气与氧气反应生成水，其反应的总方程式为：2H₂+O₂=2H₂O，
故答案为：2H₂+O₂=2H₂O；
②已知氢氧燃料电池的总反应为：2H₂+O₂=2H₂O，电池工作一段时间后，生成水使溶液体积增大，则硫酸的浓度减小，
故答案为：减小．

点评 本题考查原电池的工作原理，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握原电池的工作原理，把握电极方程式的书写，难度不大．