Question

金属铜不溶于稀硫酸，可溶于铁盐溶液生成铜盐与亚铁盐．现将一定量的铜片加入到100mL稀硫酸和硫酸铁的混合溶液中，铜片完全溶解．
（1）写出铜溶于上述混合溶液的离子方程式

 

．
（2）若在如图Ⅰ所示的装置中发生（1）中的反应，则X极是铜片

 

（“正极”或“负极”），电极反应式是

 

（3）铜完全溶解时，所得溶液中Fe³⁺、Cu²⁺、H⁺三种阳离子的浓度均为0.2mol/L（假设溶液体积不变），若用电解方法回收铜，装置如图Ⅱ所示．
①电解开始阶段，阳极的电极反应式为

 

，阴极的电极反应式为

 

．
②判断溶液中的Cu²⁺已完全析出的现象是

 

．当Cu²⁺恰好完全析出时，转移电子的物质的量

 

．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）铜和铁离子反应生成亚铁离子和铜离子；
（2）若欲在如图所示的装置中发生（1）中的反应，则铜电极是负极，不如铜活泼的金属或导电的非金属作正极，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应；
（3）①根据开始阶段，阳极为溶液中的阴离子氢氧根得电子，阴极为阳离子氧化性最强的Fe³⁺失电子生成二价铁离子；
②当三价铁失电子后就是二价铜失电子，等Cu²⁺已完全析出时就应该为氢离子失电子生成氢气，据此分析解答．

解答： 解：（1）铜和铁离子反应生成亚铁离子和铜离子，离子反应方程式为：Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，故答案为：Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺；
（2）若欲在如图所示的装置中发生（1）中的反应，则铜电极是负极，不如铜活泼的金属或导电的非金属作正极，所以X电极是负极，
负极上电极反应式为：Cu-2e^-═Cu²⁺，碳（石墨、金、铂、银）作正极，
故答案为：负极；Cu-2e^-═Cu²⁺；
（3）①开始阶段，阳极为溶液中的阴离子氢氧根得电子，反应式为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；阴极为阳离子氧化性最强的Fe³⁺失电子生成二价铁离子，反应式为：4Fe³⁺+4e^-═4Fe²⁺，故答案为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；4Fe³⁺+4e^-═4Fe²⁺；
②当三价铁失电子后就是二价铜失电子，等Cu²⁺已完全析出时就应该为氢离子失电子生成氢气，所以当看到阴极（或铜电极）表面开始有气泡生成时Cu²⁺已完全析出；
转移电子的物质的量为三价铁和二价铜失去的电子数：即0.2mol/L×0.1L+0.2mol/L×0.1L×2=0.06mol，
故答案为：阴极（或铜电极）表面开始有气泡生成；0.06 mol．

点评：本题考查原电池原理、物质的量的有关计算等知识点，根据原电池的构成条件、电极反应及原子守恒、电荷守恒来分析解答即可，难度不大．