Question

將質(zhì)量相等的鐵片和銅片用導線相連浸入500mL硫酸銅溶液中構(gòu)成如圖1的裝置：（以下均假設反應過程中溶液體積不變）．

（1）鐵片上的電極反應式為　　．

（2）銅片周圍溶液會出現(xiàn)　　的現(xiàn)象．

（3）若2min后測得鐵片和銅片之間的質(zhì)量差為1.2g，計算：

①導線中流過的電子的物質(zhì)的量為　　mol；

②該段時間內(nèi)用硫酸銅表示的平均反應速率為　　mol•L^﹣1•min^﹣1

（4）若一段時間后測得鐵片減少了2.4g，同時銅片增加了3.2g，計算這段時間內(nèi)該裝置消耗的化學能轉(zhuǎn)化為電能的百分比為　　．

（5）若將該裝置改為如圖2所示的裝置也能達到和原裝置相同的作用．其中KCl溶液起溝通兩邊溶液形成閉合回路的作用，同時又能阻止反應物直接接觸．則硫酸銅溶液應該注入　　（填“左側(cè)”、“右側(cè)”或“兩側(cè)”）燒杯中．

Answer 1

考點：

原電池和電解池的工作原理．

專題：

電化學專題．

分析：

（1）該裝置構(gòu)成原電池，鐵易失電子而作負極，銅作正極，鐵電極上鐵失電子而發(fā)生氧化反應；

（2）銅電極上銅離子得電子發(fā)生還原反應；

（3）①負極上鐵溶解，正極上析出銅，鐵片和銅片相差的質(zhì)量為溶解鐵和析出銅的質(zhì)量之和，溶解鐵的物質(zhì)的量和析出銅的物質(zhì)的量相等，根據(jù)金屬和轉(zhuǎn)移電子之間的關系式計算；

②根據(jù)銅離子的物質(zhì)的量計算平均反應速率；

（4）由于Fe與硫酸銅溶液直接接觸，部分Fe發(fā)生原電池反應，另一部分直接與銅離子發(fā)生置換反應，根據(jù)Fe發(fā)生兩種反應的量來求算；

（5）含有鹽橋的原電池中，電極材料與相應的電解質(zhì)溶液中含有相同的金屬元素．

解答：

解：（1）該裝置構(gòu)成原電池，鐵易失電子而作負極，銅作正極，鐵電極上鐵失電子而發(fā)生氧化反應，電極反應式為：Fe﹣2e^﹣=Fe²⁺，

故答案為：Fe﹣2e^﹣=Fe²⁺；

（2）銅電極上銅離子得電子發(fā)生還原反應而生成銅，所以銅離子濃度降低，則溶液顏色變淺，故答案為：溶液顏色變淺；

（3）①負極上鐵溶解，正極上析出銅，鐵片和銅片相差的質(zhì)量為溶解鐵和析出銅的質(zhì)量之和，溶解鐵的物質(zhì)的量和析出銅的物質(zhì)的量相等，設轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為xmol，×56+×64=1.24，x=0.02，

故答案為：0.02；

②銅離子的濃度變化為：=0.02mol/L，則該段時間內(nèi)用硫酸銅表示的平均反應速率為=0.01mol•L^﹣1•min^﹣1；

故答案為：0.01；

（4）鐵電極的電子一部分傳給銅電極，發(fā)生原電池反應．同時鐵電極上也發(fā)生置換反應．電極反應：Fe﹣2e^﹣→Fe²⁺，Cu²⁺+2e^﹣=Cu，銅電極增加3.2g，即0.05mol，同時鐵電極原電池反應產(chǎn)生0.05molFe²⁺，即鐵電極減少56g/mol×0.05mol=2.8g，但是鐵片只減少了2.4g，因為鐵片有一部分直接發(fā)生置換反應，有銅生成，所以質(zhì)量增加了，這部分鐵的化學能沒有轉(zhuǎn)化為電能，所以有2.8g﹣2.4g=0.4g的質(zhì)量差，設有xmol鐵直接參與置換反應，

Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺△m

      1mol               8

       x                0.4

計算得x=0.05mol，即直接發(fā)生置換反應的鐵為0.05mol，參與原電池反應的鐵也是0.05mol，所以該裝置消耗化學能有50%轉(zhuǎn)化為電能；

故答案為：50%；

（5）含有鹽橋的原電池中，電極材料與相應的電解質(zhì)溶液中含有相同的金屬元素，所以硫酸銅溶液應該倒入右側(cè)，故答案為：右側(cè)．

點評：

本題考查學生原電池的工作原理，結(jié)合了化學反應速率知識來考查，綜合性強，難度較大，注意根據(jù)原電池中正負極上發(fā)生的電極反應來分析解答．