Question

5．電化學(xué)原理在能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)合成、防止金屬腐蝕等方面應(yīng)用廣泛．如圖所示3套實(shí)驗(yàn)裝置，分別回答下列問(wèn)題：

（1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實(shí)驗(yàn)．一段時(shí)間后，向插入鐵釘?shù)牟Ａ�筒�?nèi)滴入KSCN溶液呈無(wú)色，再滴入氯水即可觀察到鐵釘附近的溶液變紅色，表明鐵被氧化；向插入碳棒的玻璃筒內(nèi)滴入酚酞試液，可觀察到碳棒附近的溶液變紅，該電極反應(yīng)為O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-．
（2）裝置2中的石墨是正極（填“正”或“負(fù)”），該裝置發(fā)生的總反應(yīng)的離子方程式為Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺．鹽橋中裝有含瓊脂的KCl，鹽橋中Cl^-會(huì)移向右（填“左”或“右”）側(cè)燒杯的溶液．
（3）裝置3中甲燒杯盛放100mL 0.2mol•L^-1的NaCl溶液，乙燒杯盛放100mL 0.5mol•L^-1的CuSO₄溶液．反應(yīng)一段時(shí)間后，停止通電．向甲燒杯中滴入幾滴酚酞試液，觀察到石墨電極附近首先變紅．
①甲燒杯中鐵電極的電極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙燒杯中電解反應(yīng)的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③停止電解，取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量，電極增重0.64g，則甲燒杯中產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為224 mL．電解后的乙燒杯溶液中的c（H⁺）為0.2mol/L（假設(shè)電解前后溶液的體積不變）

Answer 1

分析 （1）鐵發(fā)生吸氧腐蝕，鐵被氧化生成Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺與K₃[Fe（CN）₆]反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣得到電子被還原生成OH^-；
（2）形成原電池，總方程式為Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺；
（3）向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附近首先變紅，說(shuō)明石墨極生成4OH^-，應(yīng)為電解池的陰極，則M為正極，N為負(fù)極，乙燒杯為電解硫酸的反應(yīng)，陽(yáng)極生成氧氣，陰極析出銅，結(jié)合電極方程式解答該題．

解答 解：（1）鐵發(fā)生吸氧腐蝕，鐵被氧化生成Fe²⁺，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣得到電子被還原生成OH^-，電極方程式為O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-，
故答案為：氧化；O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-；
（2）銅可被Fe³⁺氧化，發(fā)生Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，形成原電池反應(yīng)時(shí)，銅為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，石墨為正極，鹽橋中裝有含瓊脂的KCl，鹽橋中Cl^-會(huì)移向右側(cè)負(fù)極，故答案為：正；Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺；右；
（3）乙燒杯為電解硫酸的反應(yīng)，陽(yáng)極生成氧氣，陰極析出銅，
①向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附近首先變紅，說(shuō)明石墨極生成4OH^-，應(yīng)為電解池的陰極，則M為正極，N為負(fù)極，電解氯化鈉溶液，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成二價(jià)鐵，電極方程式為 Fe-2e^-═Fe²⁺，故答案為：Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙燒杯為電解硫酸的反應(yīng)，陽(yáng)極生成氧氣，陰極析出銅，電解方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重0.64g，則生成Cu的物質(zhì)的量為$\frac{0.64g}{64g/mol}$=0.01mol，轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.01mol×2=0.02mol，
甲燒杯中，陽(yáng)極鐵被氧化，陰極產(chǎn)生氣體為氫氣，
2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
    2mol    22.4L
   0.02mol    V
V=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224ml，
乙燒杯中，陽(yáng)極消耗氫氧根離子為0.02mol，則剩余氫離子濃度為0.02mol，所以電解后的乙燒杯溶液中的c（H⁺）為$\frac{0.02}{0.1}$=0.2mol/L，
故答案為：224；0.2mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電化學(xué)知識(shí)，題目難度中等，做題時(shí)注意電極的判斷和電極反應(yīng)的書寫，注意串聯(lián)電路中各電極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等，利用反應(yīng)的方程式計(jì)算．