Question

20．如图所示三套实验装置，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，向插入石墨棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，可观
察到石墨棒附近的溶液变红，则该装置中石墨电极的反应式为O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-．
（2）装置2中的铜是负极（填“正”或“负”），该装置中石墨电极所发生的反应为Fe³⁺+e^-=Fe²⁺．
（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．向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附
近首先变红．
①烧杯中铁为阳极；甲烧杯中石墨电极的电极反应式为2H⁺+2e^-═H₂．
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停止电解，取出Cu电极，洗涤、干燥、称量，电极增重0.64g，甲烧杯中产生的气体在标准状况下的体积为224 mL．

Answer 1

分析 （1）铁发生吸氧腐蚀，铁被氧化生成Fe²⁺，正极发生还原反应，氧气得到电子被还原生成OH^-；
（2）形成原电池，总方程式为Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，根据总方程式判断；
（3）向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，说明石墨极生成4OH^-，应为电解池的阴极，则M为正极，N为负极，乙烧杯为电解硫酸的反应，阳极生成氧气，阴极析出铜，结合电极方程式解答该题．

解答 解：（1）铁发生吸氧腐蚀，正极发生还原反应，氧气得到电子被还原生成OH^-，电极方程式为O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-；
（2）铜可被Fe³⁺+氧化，发生Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，形成原电池反应时，铜为负极，发生氧化反应，石墨为正极，正极反应为Fe³⁺+e^-=Fe²⁺，
故答案为：负； Fe³⁺+e^-=Fe²⁺；
（3）乙烧杯为电解硫酸的反应，阳极生成氧气，阴极析出铜，
①向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，说明石墨极生成4OH^-，应为电解池的阴极，则M为正极，N为负极，铁为阳极，电解氯化钠溶液，阴极发生还原反应生成氢气，电极方程式为2H⁺+2e^-═H₂，
故答案为：阳； 2H₂O+2e ^-=H₂↑+2OH^-或2H⁺+2e^-═H₂；
②乙烧杯为电解硫酸的反应，阳极生成氧气，阴极析出铜，电解方程式为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}$=0.01mol，转移的电子的物质的量为0.01mol×2=0.02mol，
甲烧杯中，阳极铁被氧化，阴极产生气体为氢气，
2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
    2mol    22.4L
   0.02mol    V
V=$\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，为高频考点，侧重于学生的分析、计算能力的考查，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．