Question

8．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，向插入铁钉的玻璃筒内滴入NaOH溶液，即可观察到铁钉附近的溶液有沉淀，表明铁被氧化（填“氧化”或“还原”）； 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，该电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-．
（2）装置2中的石墨是正极（填“正”或“负”），该装置发生的总反应的离子方程式为2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．
（3）装置3中甲烧杯盛放100mL 0.2mol•L^-1的NaCl溶液，乙烧杯盛放100mL0.5mol•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电源的M端为正极；甲烧杯中铁电极的电极反应式为Fe-2e^-═Fe²⁺．
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标准状况下的体积为224mL．

Answer 1

分析 （1）铁发生吸氧腐蚀，铁被氧化生成Fe²⁺，Fe²⁺与K₃[Fe（CN）₆]反应生成蓝色沉淀，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，铜失电子作负极，铁离子在铜电极上得电子；总反应为负极和正极所在的电解质溶液的反应；
（3）①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，说明在石墨电极上生成OH^-离子，电极反应为：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，发生还原反应，为电解池的阴极，连接电源的负极，即M端为正极，N端为负极，甲烧杯中铁电极为阳极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙烧杯电解硫酸铜溶液，石墨为阳极，电极反应为4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu为阴极，电极反应为Cu²⁺+2e^-═Cu，电解的总反应为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，
③根据电极反应和串联电路各极上转移电子的数目相等进行计算．

解答 解：（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^-，电极方程式为O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-，
故答案为：氧化；O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-；
（2）此装置为原电池，铜失电子作负极Cu-2e^-═Cu²⁺，铁离子在铜电极上得电子2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，故石墨做正极；将正负极反应相加即得总反应：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，故答案为：正；2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）①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，说明在石墨电极上生成OH^-离子，电极反应为：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
发生还原反应，为电解池的阴极，连接电源的负极，即M端为正极，N端为负极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，故答案为：正；Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙烧杯电解硫酸铜溶液，石墨为阳极，电极反应为4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu为阴极，电极反应为Cu²⁺+2e^-═Cu，电解的总反应为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
③取出Cu电极，洗涤、干燥、称量、电极增重0.64g，则生成Cu的物质的量为$\frac{0.64g}{64g/mol}$=0.01mol，转移的电子的物质的量为0.01mol×2=0.02mol，
根据甲烧杯产生气体的电极反应计算生成气体的体积，
 2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
     2mol     22.4L
     0.02mol   V
V=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224ml，
故答案为：224．

点评 本题考查化学平衡常数、电化学知识，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．