Question

3．某小組同學(xué)利用原電池裝置探究物質(zhì)的性質(zhì)．
資料顯示：原電池裝置中，負(fù)極反應(yīng)物的還原性越強(qiáng)，或正極反應(yīng)物的氧化性越強(qiáng)，原電池的電壓越大．
（1）同學(xué)們利用下表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄．

裝置	編號	電極A	溶液B	操作及現(xiàn)象
	Ⅰ	Fe	pH=2的 H2SO4	連接裝置后，石墨表面產(chǎn)生無色氣泡；電壓表指針偏轉(zhuǎn)
	Ⅱ	Cu	pH=2的H2SO4	連接裝置后，石墨表面無明顯現(xiàn)象；電壓表指針偏轉(zhuǎn)，記錄讀數(shù)為a

①同學(xué)們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)Ⅰ中鐵主要發(fā)生了析氫腐蝕，其正極反應(yīng)式是2H⁺+2e^-=H₂↑．
②針對實(shí)驗(yàn)Ⅱ現(xiàn)象：甲同學(xué)認(rèn)為不可能發(fā)生析氫腐蝕，其判斷依據(jù)是在金屬活動性順序中，Cu在H后，Cu不能置換出H₂；乙同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)Ⅱ中應(yīng)發(fā)生吸氧腐蝕，其正極的電極反應(yīng)式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
（2）同學(xué)們?nèi)杂蒙鲜鲅b置并用Cu和石墨為電極繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，探究實(shí)驗(yàn)Ⅱ指針偏轉(zhuǎn)原因及影響O₂氧化性的因素．

編號	溶液B	操作及現(xiàn)象
Ⅲ	經(jīng)煮沸的pH=2的 H2SO4	溶液表面用煤油覆蓋，連接裝置后，電壓表指針微微偏轉(zhuǎn)，記錄讀數(shù)為b
Ⅳ	pH=2的H2SO4	在石墨一側(cè)緩慢通入O2并連接裝置，電壓表指針偏轉(zhuǎn)，記錄讀數(shù)為c；取出電極，向溶液中加入數(shù)滴濃Na2SO4溶液混合后，插入電極，保持O2通入，電壓表讀數(shù)仍為c
Ⅴ	pH=12的NaOH	在石墨一側(cè)緩慢通入O2并連接裝置，電壓表指針偏轉(zhuǎn)，記錄讀數(shù)為d

①丙同學(xué)比較實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的電壓表讀數(shù)為：c＞a＞b，請解釋原因是O₂濃度越大，其氧化性越強(qiáng)，使電壓值增大．
②丁同學(xué)對Ⅳ、Ⅴ進(jìn)行比較，其目的是探究對O₂氧化性的溶液的酸堿性影響．
③實(shí)驗(yàn)Ⅳ中加入Na₂SO₄溶液的目的是排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）對實(shí)驗(yàn)的可能干擾．
④為達(dá)到丁同學(xué)的目的，經(jīng)討論，同學(xué)們認(rèn)為應(yīng)改用如圖裝置對Ⅳ、Ⅴ重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)意圖是排除Cu在酸堿性不同的溶液中，其還原性不同對該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；重復(fù)實(shí)驗(yàn)時，記錄電壓表讀數(shù)依次為c′、d′，且c′＞d′，由此得出的結(jié)論是溶液酸性越強(qiáng)，O₂的氧化性越強(qiáng)（介質(zhì)或環(huán)境的pH影響物質(zhì)的氧化性）．

Answer 1

分析 （1）①Ⅰ中鐵主要發(fā)生了析氫腐蝕，其正極發(fā)生還原反應(yīng)，書寫電極反應(yīng)式；
②銅與氫離子不能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)；乙同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)Ⅱ中應(yīng)發(fā)生吸氧腐蝕，其正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣得電子生成氫氧根離子，其正極的電極反應(yīng)式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（2）①實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的電解質(zhì)相同，不同的是氧氣的濃度不同，出現(xiàn)了電壓表讀數(shù)不同，根據(jù)數(shù)值的相對大小可知，氧氣濃度越大，電壓表的讀數(shù)越高；
②實(shí)驗(yàn)Ⅳ、Ⅴ是溶液的酸堿性不同，來判斷電壓表的指針偏轉(zhuǎn)情況；
③實(shí)驗(yàn)Ⅳ中加入Na₂SO₄溶液的目的是排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）對實(shí)驗(yàn)的可能干擾；
④為達(dá)到丁同學(xué)的目的，經(jīng)討論，同學(xué)們認(rèn)為應(yīng)改用如圖裝置對Ⅳ、Ⅴ重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)意圖是排除Cu在酸堿性不同的溶液中，其還原性不同對該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；重復(fù)實(shí)驗(yàn)時，記錄電壓表讀數(shù)依次為c′、d′，且c′＞d′，由此得出的結(jié)論是溶液酸性越強(qiáng)，O₂的氧化性越強(qiáng)．

解答 解：（1）①Ⅰ中鐵主要發(fā)生了析氫腐蝕，其正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②銅與氫離子不能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)；乙同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)Ⅱ中應(yīng)發(fā)生吸氧腐蝕，其正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣得電子生成氫氧根離子，其正極的電極反應(yīng)式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：在金屬活動性順序中，Cu在H后，Cu不能置換出H₂；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（2）①實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的電解質(zhì)相同，不同的是氧氣的濃度不同，出現(xiàn)了電壓表讀數(shù)不同，根據(jù)數(shù)值的相對大小可知，氧氣濃度越大，電壓表的讀數(shù)越高，所以O(shè)₂濃度越大，其氧化性越強(qiáng)，使電壓值增大，故答案為：O₂濃度越大，其氧化性越強(qiáng)，使電壓值增大；
②實(shí)驗(yàn)Ⅳ、Ⅴ是溶液的酸堿性不同，來判斷電壓表的指針偏轉(zhuǎn)情況，所以Ⅳ、Ⅴ進(jìn)行比較，其目的是探究對O₂氧化性的酸堿性的影響，故答案為：溶液的酸堿性；
③實(shí)驗(yàn)Ⅳ中加入Na₂SO₄溶液的目的是排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）對實(shí)驗(yàn)的可能干擾，故答案為：排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）對實(shí)驗(yàn)的可能干擾；
④為達(dá)到丁同學(xué)的目的，經(jīng)討論，同學(xué)們認(rèn)為應(yīng)改用如圖裝置對Ⅳ、Ⅴ重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)意圖是排除Cu在酸堿性不同的溶液中，其還原性不同對該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；重復(fù)實(shí)驗(yàn)時，記錄電壓表讀數(shù)依次為c′、d′，且c′＞d′，由此得出的結(jié)論是溶液酸性越強(qiáng)，O₂的氧化性越強(qiáng)，
故答案為：排除Cu在酸堿性不同的溶液中，其還原性不同對該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；溶液酸性越強(qiáng)，O₂的氧化性越強(qiáng)（介質(zhì)或環(huán)境的pH影響物質(zhì)的氧化性）．

點(diǎn)評 本題考查了原電池原理的工作原理，通過電壓表指針的偏程度來確定外界條件對電極活潑性影響，有一定的難度．