Question

3．電解原理和原電池原理是電化學的兩個重要內(nèi)容．某興趣小組做如下探究實驗：
Ⅰ．（1）如圖1為某實驗小組依據(jù)氧化還原反應：（用離子方程式表示）Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺設計的原電池裝置，反應前，電極質(zhì)量相等，一段時間后，兩電極質(zhì)量相差12g，導線中通過3mol電子．
（2）其他條件不變，若將CuCl₂溶液換為NH₄Cl溶液，石墨電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，這是由于NH₄Cl溶液顯酸性（填“酸性”“堿性”或“中性”），用離子方程式表示溶液顯此性的原因NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺．

（3）如圖2其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，則乙裝置中石墨（1）為陰極（填正、負、陰、陽），乙裝置中與銅線相連石墨電極上發(fā)生的反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
Ⅱ．如圖所示裝置，通電5min后，第③極增重2.16g，同時在A池中收集到標準狀況下的氣體224mL．
請完成下列問題：
①第②極上生成的物質(zhì)為0.005mol．
②寫出第①極上發(fā)生反應的電極反應式Cu²⁺+2e^-=Cu．
③設A池中原混合液的體積為200mL，則通電前A池原混合液中Cu²⁺的濃度為0.025 mol/L．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）根據(jù)自發(fā)氧化還原反應知識來書寫，并根據(jù)兩極反應結(jié)合兩極質(zhì)量變化進行計算；
（2）氯化銨中，銨根離子水解導致溶液顯示酸性，正極生成氫氣；
（3）根他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，則乙裝置是電解池，甲裝置是原電池；
Ⅱ、通電5min后，第③極增重2.16g，則該電極是陰極，所以④是陽極，①是陰極，②是陽極，
第③極增重2.16g即生成銀$\frac{2.16g}{108g/mol}$=0.02mol，電極反應：Ag⁺+e^-=Ag，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為：$\frac{2.16g}{108g/mol}$=0.02mol，
在A池中發(fā)生的反應為：陽極（②極）：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，①電極反應式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，若Cu²⁺完全放電后還有：2H⁺+2e^-=H₂↑，當轉(zhuǎn)移電子0.02mol，結(jié)合電極方程式計算．

解答 解：Ⅰ．（1）設計的原電池裝置的自發(fā)氧化還原反應是：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，設電子轉(zhuǎn)移量是x，則64×0.5x-56×0.5x=12，解得x=3，
故答案為：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺；3；
（2）氯化銨中，銨根離子水解導致溶液顯示酸性，實質(zhì)是：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，正極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；酸性；NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；
（3）其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，則乙裝置是電解池，甲裝置是原電池，F(xiàn)e是負極，Cu絲是正極，所以其中與銅線相連石墨電極是陽極，該極上發(fā)生的反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，故答案為：陰；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
Ⅱ．①通電5min后，第③極增重2.16g，則該電極是陰極，所以④是陽極，①是陰極，②是陽極，
第③極增重2.16g即生成銀$\frac{2.16g}{108g/mol}$=0.02mol，電極反應：Ag⁺+e^-=Ag，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為：$\frac{2.16g}{108g/mol}$=0.02mol，在A池中發(fā)生的反應為：陽極（②極）：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，當轉(zhuǎn)移電子0.02mol，則會生成氧氣0.005mol，故答案為：0.005；
②因①是陰極，電極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；
③陰極（①極）：Cu²⁺+2e^-=Cu，若Cu²⁺完全放電后還有：2H⁺+2e^-=H₂↑，當轉(zhuǎn)移電子0.02mol，A池會生成氧氣0.005mol，在A池中收集到標準狀況下的氣體224mL，即0.01mol，所以產(chǎn)生氫氣0.005mol，此時轉(zhuǎn)移電子是0.01mol，①極上析出Cu和放出H₂共獲得0.02mol電子，所以Cu²⁺+2e^-=Cu中轉(zhuǎn)移電子是0.01mol，Cu²⁺的物質(zhì)的量為：0.005mol，濃度是：$\frac{0.005mol}{0.2L}$=0.025mol/L，故答案為：0.025．

點評 本題涉及原電池、電解池的工作原理以及電極反應式的書寫和電子守恒的應用知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．