Question

3．某小组同学利用原电池装置探究物质的性质．
资料显示：原电池装置中，负极反应物的还原性越强，或正极反应物的氧化性越强，原电池的电压越大．
（1）同学们利用下表中装置进行实验并记录．

装置	编号	电极A	溶液B	操作及现象
	Ⅰ	Fe	pH=2的 H2SO4	连接装置后，石墨表面产生无色气泡；电压表指针偏转
	Ⅱ	Cu	pH=2的H2SO4	连接装置后，石墨表面无明显现象；电压表指针偏转，记录读数为a

①同学们认为实验Ⅰ中铁主要发生了析氢腐蚀，其正极反应式是2H⁺+2e^-=H₂↑．
②针对实验Ⅱ现象：甲同学认为不可能发生析氢腐蚀，其判断依据是在金属活动性顺序中，Cu在H后，Cu不能置换出H₂；乙同学认为实验Ⅱ中应发生吸氧腐蚀，其正极的电极反应式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
（2）同学们仍用上述装置并用Cu和石墨为电极继续实验，探究实验Ⅱ指针偏转原因及影响O₂氧化性的因素．

编号	溶液B	操作及现象
Ⅲ	经煮沸的pH=2的 H2SO4	溶液表面用煤油覆盖，连接装置后，电压表指针微微偏转，记录读数为b
Ⅳ	pH=2的H2SO4	在石墨一侧缓慢通入O2并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为c；取出电极，向溶液中加入数滴浓Na2SO4溶液混合后，插入电极，保持O2通入，电压表读数仍为c
Ⅴ	pH=12的NaOH	在石墨一侧缓慢通入O2并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为d

①丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电压表读数为：c＞a＞b，请解释原因是O₂浓度越大，其氧化性越强，使电压值增大．
②丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其目的是探究对O₂氧化性的溶液的酸碱性影响．
③实验Ⅳ中加入Na₂SO₄溶液的目的是排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）对实验的可能干扰．
④为达到丁同学的目的，经讨论，同学们认为应改用如图装置对Ⅳ、Ⅴ重复进行实验，其设计意图是排除Cu在酸碱性不同的溶液中，其还原性不同对该实验结果的影响；重复实验时，记录电压表读数依次为c′、d′，且c′＞d′，由此得出的结论是溶液酸性越强，O₂的氧化性越强（介质或环境的pH影响物质的氧化性）．

Answer 1

分析 （1）①Ⅰ中铁主要发生了析氢腐蚀，其正极发生还原反应，书写电极反应式；
②铜与氢离子不能发生自发的氧化还原反应；乙同学认为实验Ⅱ中应发生吸氧腐蚀，其正极发生还原反应，氧气得电子生成氢氧根离子，其正极的电极反应式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（2）①实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电解质相同，不同的是氧气的浓度不同，出现了电压表读数不同，根据数值的相对大小可知，氧气浓度越大，电压表的读数越高；
②实验Ⅳ、Ⅴ是溶液的酸碱性不同，来判断电压表的指针偏转情况；
③实验Ⅳ中加入Na₂SO₄溶液的目的是排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）对实验的可能干扰；
④为达到丁同学的目的，经讨论，同学们认为应改用如图装置对Ⅳ、Ⅴ重复进行实验，其设计意图是排除Cu在酸碱性不同的溶液中，其还原性不同对该实验结果的影响；重复实验时，记录电压表读数依次为c′、d′，且c′＞d′，由此得出的结论是溶液酸性越强，O₂的氧化性越强．

解答 解：（1）①Ⅰ中铁主要发生了析氢腐蚀，其正极发生还原反应，电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②铜与氢离子不能发生自发的氧化还原反应；乙同学认为实验Ⅱ中应发生吸氧腐蚀，其正极发生还原反应，氧气得电子生成氢氧根离子，其正极的电极反应式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案为：在金属活动性顺序中，Cu在H后，Cu不能置换出H₂；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（2）①实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电解质相同，不同的是氧气的浓度不同，出现了电压表读数不同，根据数值的相对大小可知，氧气浓度越大，电压表的读数越高，所以O₂浓度越大，其氧化性越强，使电压值增大，故答案为：O₂浓度越大，其氧化性越强，使电压值增大；
②实验Ⅳ、Ⅴ是溶液的酸碱性不同，来判断电压表的指针偏转情况，所以Ⅳ、Ⅴ进行比较，其目的是探究对O₂氧化性的酸碱性的影响，故答案为：溶液的酸碱性；
③实验Ⅳ中加入Na₂SO₄溶液的目的是排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）对实验的可能干扰，故答案为：排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）对实验的可能干扰；
④为达到丁同学的目的，经讨论，同学们认为应改用如图装置对Ⅳ、Ⅴ重复进行实验，其设计意图是排除Cu在酸碱性不同的溶液中，其还原性不同对该实验结果的影响；重复实验时，记录电压表读数依次为c′、d′，且c′＞d′，由此得出的结论是溶液酸性越强，O₂的氧化性越强，
故答案为：排除Cu在酸碱性不同的溶液中，其还原性不同对该实验结果的影响；溶液酸性越强，O₂的氧化性越强（介质或环境的pH影响物质的氧化性）．

点评 本题考查了原电池原理的工作原理，通过电压表指针的偏程度来确定外界条件对电极活泼性影响，有一定的难度．