Question

20．如圖所示三套實驗裝置，分別回答下列問題．

（1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實驗．一段時間后，向插入石墨棒的玻璃筒內滴入酚酞溶液，可觀
察到石墨棒附近的溶液變紅，則該裝置中石墨電極的反應式為O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-．
（2）裝置2中的銅是負極（填“正”或“負”），該裝置中石墨電極所發(fā)生的反應為Fe³⁺+e^-=Fe²⁺．
（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．反應一段時間后，停止通電．向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附
近首先變紅．
①燒杯中鐵為陽極；甲燒杯中石墨電極的電極反應式為2H⁺+2e^-═H₂．
②乙燒杯中電解反應的離子方程式為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，甲燒杯中產生的氣體在標準狀況下的體積為224 mL．

Answer 1

分析 （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，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⁺，根據總方程式判斷；
（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，說明石墨極生成4OH^-，應為電解池的陰極，則M為正極，N為負極，乙燒杯為電解硫酸的反應，陽極生成氧氣，陰極析出銅，結合電極方程式解答該題．

解答 解：（1）鐵發(fā)生吸氧腐蝕，正極發(fā)生還原反應，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：O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-；
（2）銅可被Fe³⁺+氧化，發(fā)生Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，形成原電池反應時，銅為負極，發(fā)生氧化反應，石墨為正極，正極反應為Fe³⁺+e^-=Fe²⁺，
故答案為：負； Fe³⁺+e^-=Fe²⁺；
（3）乙燒杯為電解硫酸的反應，陽極生成氧氣，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，說明石墨極生成4OH^-，應為電解池的陰極，則M為正極，N為負極，鐵為陽極，電解氯化鈉溶液，陰極發(fā)生還原反應生成氫氣，電極方程式為2H⁺+2e^-═H₂，
故答案為：陽； 2H₂O+2e ^-=H₂↑+2OH^-或2H⁺+2e^-═H₂；
②乙燒杯為電解硫酸的反應，陽極生成氧氣，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\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重0.64g，則生成Cu的物質的量為$\frac{0.64g}{64g/mol}$=0.01mol，轉移的電子的物質的量為0.01mol×2=0.02mol，
甲燒杯中，陽極鐵被氧化，陰極產生氣體為氫氣，
2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
    2mol    22.4L
   0.02mol    V
V=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224mL，
故答案為：224．

點評 本題考查電化學知識，為高頻考點，側重于學生的分析、計算能力的考查，題目難度中等，做題時注意電極的判斷和電極反應的書寫，注意串聯(lián)電路中各電極轉移的電子數目相等，利用反應的方程式計算．