Question

某校化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計實驗驗證Fe、Cu的金屬活動性，他們提出了以下兩種方案．請你幫助他們完成有關(guān)實驗項目：
（1）有人提出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時放入稀硫酸（或稀鹽酸）中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動性．該原理的離子方程式為

 

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（2）有人結(jié)合上述（1）的實驗并利用Fe、Cu作電極設(shè)計成原電池，以確定它們的活動性．試畫出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)式．
正極反應(yīng)式：

 

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負(fù)極反應(yīng)式：

 

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（3）結(jié)合你所學(xué)的知識，幫助他們再設(shè)計一個驗證Fe、Cu活動性的簡單實驗方案（與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同）：

 

，用離子方程式表示其反應(yīng)原理：

 

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Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)鐵與酸的反應(yīng)分析并寫出離子方程式；
（2）利用Fe、Cu作電極設(shè)計成原電池，因鐵比銅活潑，負(fù)極為鐵，正極為銅，電解質(zhì)溶液可為酸或銅鹽溶液；
（3）根據(jù)鐵、銅之間的置換反應(yīng)設(shè)計．

解答： 解：（1）鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（2）利用Fe、Cu作電極設(shè)計成原電池，因鐵比銅活潑，負(fù)極為鐵，正極為銅，電解質(zhì)溶液可為酸或銅鹽溶液，可設(shè)計裝置圖為，負(fù)極鐵被氧化生成Fe²⁺，正極H⁺被還原生成H₂，正極反應(yīng)為2H⁺+2e^-→H₂↑，負(fù)極反應(yīng)為
Fe=Fe²⁺+2e^-，
故答案為：；2H⁺+2e^-=H₂↑；Fe=Fe²⁺+2e^-；
（3）根據(jù)鐵和銅的置換反應(yīng)設(shè)計，設(shè)計方法如下：將鐵片置于CuSO₄溶液中，一段時間后觀察Fe表面有紅色的金屬銅析出，即可以證明金屬鐵的活潑性強于金屬銅的，反應(yīng)原理為鐵和銅離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成銅和二價鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu，
故答案為：取無銹鐵棒插入CuSO₄溶液，若鐵棒表面覆蓋一層銅，說明Fe比Cu活動性強；Fe+Cu²⁺═Cu+Fe²⁺．

點評：本題以原電池工作原理為載體判斷金屬的活潑性，注意在原電池中不能僅僅根據(jù)電極的正負(fù)極判斷金屬的活潑性，如：在Mg-Al-NaOH溶液組成的原電池中，鎂的金屬性大于鋁，但鎂作正極，鋁作負(fù)極，題目難度不大．