Question

17．某研究性學習小組進行原電池和電解的實驗．
（1）若利用石墨棒和鐵作電極設計成如圖1裝置，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，一段時間后X極附近溶液變紅色．則：X電極上的反應式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；Y極上的反應式為2Fe-4e^-═2Fe²⁺．
（2）若利用石墨棒（X）和鐵（Y）作電極設計成如圖2裝置，a是飽和NaCl溶液（a表面滴有幾滴苯），實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液．一段時間后X電極附近可以看到溶液變紅色，電池總反應方程式為Fe+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑．
（3）若將圖2中的X、Y都用石墨棒作電極，電解500mL含CuSO₄的1mol/LNaCl溶液，一段時間后，兩極均得到11.2L氣體（標準狀況下），試通過計算求原溶液中硫酸銅的物質的量濃度？（電解過程中溶液體積沒有變化）

Answer 1

分析 （1）若利用石墨棒和鐵作電極設計成如圖1裝置，構成的是原電池，鐵做負極失電子發(fā)生氧化反應，石墨棒做正極，溶液中氧氣得到電子發(fā)生還原反應，一段時間后X極附近溶液變紅色說明X為正極，Y為負極；
（2）若利用石墨棒（X）和鐵（Y）作電極設計成如圖2裝置，a是飽和NaCl溶液（a表面滴有幾滴苯），與電源正極相連的Y電極為陽極，鐵失電子發(fā)生氧化反應生成亞鐵離子，與電源負極相連的電極為陰極，溶液中氫離子得到電子發(fā)生還原反應，氫離子濃度減小，水的電離促進氫氧根離子濃度增大，酚酞變紅色；
（3）若將圖2中的X、Y都用石墨棒作電極，電解500mL含CuSO₄的1mol/LNaCl溶液，一段時間后，兩極均得到11.2L氣體（標準狀況下），書寫電極反應，結合陰陽兩極上電子守恒計算得到銅離子物質的量，計算得到元溶液中銅離子的物質的量濃度．

解答 解：（1）若利用石墨棒和鐵作電極設計成如圖1裝置，構成的是原電池，鐵做負極失電子發(fā)生氧化反應，石墨棒做正極，溶液中氧氣得到電子發(fā)生還原反應，一段時間后X極附近溶液變紅色說明X為正極，電極反應為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，Y為負極，電極反應為：2Fe-4e^-═2Fe²⁺，
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；2Fe-4e^-═2Fe²⁺；
（2）電源正極相連的Y電極為陽極，鐵失電子發(fā)生氧化反應生成亞鐵離子，F(xiàn)e-2e^-═Fe²⁺，與電源負極相連的電極X為陰極，溶液中氫離子得到電子發(fā)生還原反應，2H⁺+2e^-=H₂↑，氫離子濃度減小，水的電離促進氫氧根離子濃度增大，酚酞變紅色，電池總反應方程式為：Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑，
故答案為：溶液變紅色；Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑；
（3）若將圖2中的X、Y都用石墨棒作電極，電解500mL含CuSO₄的1mol/LNaCl溶液，一段時間后，兩極均得到11.2L氣體（標準狀況下），溶液中n（Cl^-）=0.5L×1mol/L=0.5mol，生成氣體物質的量n=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，結合兩個電極上電子守恒計算，
陽極電極反應：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
                          2         2       1
                   0.5mol   0.5mol     0.25mol
氫氧根離子放電生成氧氣0.25mol，
     4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
              4                   1
              1mol            0.25mol
電子轉移總數(shù)1.5mol，
陰極電極反應：2H⁺+2e^-=H₂↑，
                               2        1
                           1mol      0.5mol
                           Cu²⁺+2e^-=Cu，
                            1         2
                     0.25mol      0.5mol
原溶液中硫酸銅的物質的量濃度=$\frac{0.25mol}{0.5L}$=0.5mol/L，
答：原溶液中硫酸銅的物質的量濃度位0.5mol/L．

點評 本題考查了原電池、電解池的原理、電極反應書寫，電子守恒的計算應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．