Question

4．電解原理和原電池原理是電化學(xué)的兩個(gè)重要內(nèi)容．某興趣小組做如下探究實(shí)驗(yàn)：

（1）如圖1為某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)的原電池裝置，該反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺．反應(yīng)前，電極質(zhì)量相等，一段時(shí)間后，兩電極質(zhì)量相差12g，導(dǎo)線中通過0.2mol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(yīng)式2H⁺+2e^-=H₂↑，
（3）如圖2，其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導(dǎo)線與石墨相連成n型，則乙裝置中石墨（1）為陰極（填正、負(fù)、陰、陽），乙裝置中與銅線相連的石墨（2）電極上發(fā)生的反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
（4）在圖2乙裝置中改為加入400mL CuSO₄溶液，一段時(shí)間后，若電極質(zhì)量增重 1.28g，則此時(shí)溶液的pH為1．
（5）二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，是國(guó)際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑．目前已開發(fā)出用電解法制取ClO₂的新工藝．如圖2裝置用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO₂．①寫出陽極產(chǎn)生ClO₂的電極反應(yīng)式：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺．
②電解一段時(shí)間，當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，停止電解．通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.01 mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)自發(fā)氧化還原反應(yīng)知識(shí)來書寫，并根據(jù)兩極反應(yīng)結(jié)合兩極質(zhì)量變化進(jìn)行計(jì)算；
（2）氯化銨中，銨根離子水解導(dǎo)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(dǎo)線與石墨相連成n型，則乙裝置是電解池，甲裝置是原電池；
（4）陰極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，當(dāng)該極增重1.28g即0.02mol時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是0.04mol，結(jié)合總反應(yīng)式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑計(jì)算pH；
（5）①陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，結(jié)合電荷守恒可知，同時(shí)生成氫離子；
②在陰極發(fā)生反應(yīng)：2H⁺+2e^-=H₂↑，根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價(jià)離子，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陽離子的物質(zhì)的量；

解答 解：（1）設(shè)計(jì)的原電池裝置的自發(fā)氧化還原反應(yīng)是：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，設(shè)電子轉(zhuǎn)移量是x，則64×0.5x+56×0.5x=12，解得x=0.2，
故答案為：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺；0.2；
（2）氯化銨中，銨根離子水解導(dǎo)致溶液顯示酸性，實(shí)質(zhì)是：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，正極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導(dǎo)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(fù)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(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案為：陰；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（4）陰極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，當(dāng)該極增重1.28g即0.02mol時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是0.04mol，總反應(yīng)式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，可知生成0.04molH⁺，
則c（H⁺）=$\frac{0.04mol}{0.4L}$=0.1mol/L，pH=1，
故答案為：1；
（5）①陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，結(jié)合電荷守恒可知，同時(shí)生成氫離子，陽極電極反應(yīng)式為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價(jià)離子，故交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol，故答案為：0.01mol．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及原電池、電解池的工作原理以及電極反應(yīng)式的書寫和電子守恒的應(yīng)用知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、計(jì)算能力的考查，屬于綜合知識(shí)的考查，難度中等．