Question

如图所示装置中，C（Ⅰ）、C（Ⅱ）为多孔石墨电极，开始实验前两玻璃管（Ⅰ、Ⅱ）中盛满氢氧化钠溶液，且S₁、S₂均断开．先接通S₁，两玻璃管中有气体生成（假设气体均未逸出装置），一段时间后，Ⅱ管中的气体体积是Ⅰ管中气体体积的2倍（两玻璃管中液面未脱离电极），再断开S₁，接通S₂，电流表的指针发生偏转．请回答：
（1）接通S₁后，C（Ⅰ）的电极反应式是

4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O

两管中产生气体的质量之比（Ⅰ：Ⅱ）是

8：1

．
（2）断开S₁接通S₂，C（Ⅱ）的电极反应式是

O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-

（3）将溶液改为硫酸铜溶液，接通S₁，断开S₂，写出电解反应的化学方程式

2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄

．
（4）利用该装置对粗铜进行电解精炼，则电极材料C（Ⅰ）应改为

粗铜

．

Answer 1

分析：（1）先接通S₁，两玻璃管中有气体生成，（假设气体均未逸出装置），一段时间后，Ⅱ管中的气体体积是Ⅰ管中气体体积的2倍（两玻璃管中液面未脱离电极），电解氢氧化钠溶液时，阳极上生成氧气，阴极上生成氢气，II中的气体是I中的2倍，则II中是氢气，I中是氧气，所以II是阴极，I是阳极，
I电极上氢氧根离子放电生成氧气，根据转移电子守恒计算质量之比；
（2）断开S₁接通S₂，构成燃料电池，有氢气的电极是负极，有氧气的电极是正极，所以C（Ⅱ）是正极，正极上氧气得电子发生还原反应；
（3）将溶液改为硫酸铜溶液，接通S₁，断开S₂，阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电；
（4）电解精炼粗铜时，阳极为粗铜，阴极为纯铜．

解答：解：（1）先接通S₁，两玻璃管中有气体生成，（假设气体均未逸出装置）．一段时间后，Ⅱ管中的气体体积是Ⅰ管中气体体积的2倍（两玻璃管中液面未脱离电极），电解氢氧化钠溶液时，阳极上生成氧气，阴极上生成氢气，II中的气体是I中的2倍，则II中是氢气，I中是氧气，则II是阴极，I是阳极，
I电极上氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，阴极上电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，当转移电子相等时，生成氧气与氢气的物质的量之比为1：2，其质量之比=（1×32）：（2×2）=8：1，故答案为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；8：1；
（2）断开S₁接通S₂，有氢气的电极是负极，有氧气的电极是正极，所以C（Ⅱ）是正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；
（3）将溶液改为硫酸铜溶液，接通S₁，断开S₂，阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，所以电池反应式为：2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄；
（4）电解精炼粗铜时，阳极为粗铜，阴极为纯铜，I是阳极，所以I为粗铜，故答案为：粗铜．

点评：本题考查了原电池和电解池原理，正确判断原电池正负极是解本题关键，根据离子放电顺序确定电极反应式，难点是电极反应式的书写，难度中等．