Question

【題目】CuSO4溶液是一種較重要的銅鹽試劑，在電鍍、印染、顏料、農(nóng)藥等方面有廣泛應(yīng)用。某同學(xué)利用CuSO4溶液進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)探究。

i. 下圖是根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4設(shè)計成的鋅銅原電池。

①該原電池的正極為 ____ ，其外電路中的電子是從____ 極(填“Zn”或“Cu”)流出。

②電解質(zhì)溶液乙是______溶液，Zn極的電極反應(yīng)式是_______ 。

③如果鹽橋中的成分是K2SO4溶液，則鹽橋中向左側(cè)燒杯中移動的離子主要是_____。

ii. 下圖中，Ⅰ是甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為KOH溶液)的結(jié)構(gòu)示意圖。

①同學(xué)想在Ⅱ中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，則Cu作____極，電極反應(yīng)式為______，當(dāng)線路中有0.1mol電子通過時，陰極增重_____ g。Ⅰ中消耗氧氣體積是_____L(標(biāo)況下)。

②a處通入的是____(填“CH4”或“O2”)，b處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是___。Ⅰ中的總反應(yīng)方程式為___。

③該同學(xué)若將Ⅱ中的兩個電極都換成鉑電極，當(dāng)線路中有0.1mol電子通過時，測得溶液pH=______(100mL的CuSO4溶液)，則Ⅱ中的總反應(yīng)方程式為 _______ 。

Answer 1

【答案】銅(Cu) Zn CuSO4 Zn-2e-=Zn2+ SO42- 陽 Cu-2e＝Cu2+ 3.2 0.56 CH4 2H2O+O2+4e-＝4OH- CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O 0 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4

【解析】

i．原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4，結(jié)合圖示可知，Zn為負(fù)極，Cu為正極，鹽橋中是含有瓊膠的K2SO4飽和溶液，電池工作時K+向正極移動，SO42-向負(fù)極移動；

ii．利用該裝置在Ⅱ中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，則鐵做陰極，陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：Cu2++2e＝Cu，銅做陽極，陽極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：Cu-2e＝Cu2+，陰極與電源負(fù)極相連，燃料電池中，通入燃料的一極為負(fù)極，則a通入的為甲烷(CH4)，作燃料電池的負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)為：CH4+10OH--8e-= CO32-+7H2O；b通入的為氧氣(或空氣)，作燃料電池的正極，正極的電極反應(yīng)為：2H2O+O2+4e-＝4OH-，據(jù)此分析解答。

i．原電池反應(yīng)Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4，結(jié)合圖一可知，Zn為負(fù)極，Cu為正極；

①該原電池的正極為銅(Cu)，原電池工作時外電路中電子從負(fù)極流向正極，即從Zn流出；

②原電池的正極上發(fā)生還原反應(yīng)，溶液中Cu2+被還原，則電解質(zhì)溶液乙是CuSO4溶液，負(fù)極Zn發(fā)生的電極反應(yīng)為Zn-2e═Zn2+；

③鹽橋中是含有瓊膠的K2SO4飽和溶液，電池工作時，陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動，則SO42向負(fù)極(左側(cè)燒杯)移動，K+向正極(右側(cè)燒杯)移動；

ii．①根據(jù)分析，同學(xué)想在Ⅱ中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，則Cu作陽極，電極反應(yīng)式為Cu-2e＝Cu2+，鐵作陰極，電極反應(yīng)為Cu2++2e＝Cu，當(dāng)線路中有0.1mol電子通過時，陰極析出0.05mol銅單質(zhì)，增重0.05mol×64g/mol=3.2g。Ⅰ中正極的電極反應(yīng)為：2H2O+O2+4e-＝4OH-，消耗氧氣的物質(zhì)的量為=0.025mol，標(biāo)況下體積是0.025mol×22.4L/mol=0.56L；

②根據(jù)分析，a通入的為甲烷(CH4)，作燃料電池的負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)為：CH4+10OH--8e-= CO32-+7H2O；b處電極為正極，發(fā)生的電極反應(yīng)式是2H2O+O2+4e-＝4OH-；將正負(fù)極電極反應(yīng)合并，Ⅰ中的總反應(yīng)方程式為CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O；

③該同學(xué)若將Ⅱ中的兩個電極都換成鉑電極，電解硫酸銅溶液，陰極銅離子放電生成銅單質(zhì)，電極反應(yīng)為：Cu2++2e＝Cu，陽極為電解水，氫氧根離子放電，電極反應(yīng)為：2H2O-4e-=4H++O2↑，當(dāng)線路中有0.1mol電子通過時，生成0.1mol氫離子，則溶液中氫離子濃度為=1mol/L，測的溶液pH=0，則Ⅱ中的總反應(yīng)方程式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。