Question

16．如圖甲所示3套實驗裝置，分別回答下列問題：

（1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實驗．一段時間后，向插入碳棒的玻璃筒內滴入酚酞溶液，可觀察到碳棒附近的溶液變紅，該電極反應為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．
（2）裝置2中的石墨是正極（填“正”或“負”），該裝置發(fā)生的總反應的離子方程式為2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．
（3）裝置3中甲燒杯盛放100mL 0.2mol/L的NaCl溶液，乙燒杯盛放100mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液．反應一段時間后，停止通電．取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重 0.64g．
①電源的M端為正極，甲燒杯中鐵電極的電極反應為Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙燒杯中電解反應的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③甲、乙兩燒杯中生成的氣體標準狀況下共336mL．
（4）利用電池可實現(xiàn)電能向化學能轉化．某同學設計了一種電解法制取Fe（OH）₂的實驗裝置（如圖乙所示），通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長時間不變色．
下列說法中正確的是ABD（填序號）
A．電源中的a一定為正極，b一定為負極
B．可以用NaCl溶液作為電解液  C．A、B兩端都必須用鐵作電極
D．陰極發(fā)生的反應是：2H⁺+2e^-→H₂↑

Answer 1

分析 （1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實驗，發(fā)生電化學腐蝕，鐵為負極，碳為正極，觀察到碳棒附近的溶液變紅，說明在碳極上氧氣得電子生成OH^-離子，以此判斷并書寫電極反應式；
（2）裝置2為原電池，負極為Cu，電極反應為：Cu-2e^-═Cu²⁺，正極為石墨，電極反應為2Fe+2e^-═2Fe²⁺，以此書寫電池總反應；
（3）①反應一段時間后，停止通電．向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附近首先變紅，說明在石墨電極上生成OH^-離子，電極反應為：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，發(fā)生還原反應，為電解池的陰極，連接電源的負極，即M端為正極，N端為負極，陽極反應為Fe-2e^-═Fe²⁺，
②乙燒杯電解硫酸銅溶液，石墨為陽極，電極反應為4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu為陰極，電極反應為Cu²⁺+2e^-═Cu，電解的總反應為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，
③根據(jù)電極反應和串聯(lián)電路各極上轉移電子的數(shù)目相等進行計算；
（4）A、A端做陽極是鐵，B端析出氫氣可驅趕原溶液中溶解的少量氧氣；
B．陽極上鐵失電子得到亞鐵離子，陰極上氫離子放電，所以可以電解質溶液可以選取氯化鈉溶液；
C．陽極應該用鐵電極，陰極用惰性電極亦可；
D．陰極上得電子生成氫氣．

解答 解：（1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實驗，發(fā)生電化學腐蝕，鐵為負極，碳為正極，觀察到碳棒附近的溶液變紅，說明在碳極上氧氣得電子生成OH^-離子，反應的電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
（2）裝置2為原電池，負極為Cu，電極反應為：Cu-2e^-═Cu²⁺，正極為石墨，電極反應為2Fe+2e^-═2Fe²⁺，反應的總方程式為2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，故答案為：正；2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）①反應一段時間后，停止通電．向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附近首先變紅，說明在石墨電極上生成OH^-離子，電極反應為：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，發(fā)生還原反應，為電解池的陰極，連接電源的負極，即M端為正極，N端為負極，陽極反應為Fe-2e^-═Fe²⁺，故答案為：正；Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙燒杯電解硫酸銅溶液，石墨為陽極，電極反應為4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu為陰極，電極反應為Cu²⁺+2e^-═Cu，電解的總反應為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，
故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重0.64g，則生成Cu的物質的量為$\frac{0.64g}{64g/mol}$=0.01mol，轉移的電子的物質的量為0.01mol×2=0.02mol，根據(jù)甲燒杯產(chǎn)生氣體的電極反應計算生成氣體的體積，
2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
2mol 22.4L
0.02mol V1
V1=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224ml，
乙燒杯產(chǎn)生氣體的電極反應計算生成氣體的體積
2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，
   4mol 22.4L
   0.02mol V2
V2=$\frac{22.4×0.02}{4}$=0.112L，即112ml，
所以甲、乙兩燒杯中生成的氣體標準狀況下共224+112=336ml，故答案為：336；
（4）A、因為生成的氫氣將裝置中原有氧氣帶出，且氫氣的密度小于水，所以氫氣從B端陰極析出，A電極則是鐵做陽極失去電子生成亞鐵離子，所以“a”為正極，“b”為負極，故A正確；
B、因為陽極是鐵，活潑電極作陽極時，陽極材料鐵失電子生成亞鐵離子，陰極上氫離子放電，生成氫氣，所以能生成氫氧化亞鐵白色沉淀，則電解液選用NaCl溶液不影響實驗，故B正確；
C、陽極應該用鐵電極，陰極可以是鐵也可以是其他惰性電極，故C錯誤；
D、陽極應該用鐵電極，陰極可以是鐵也可以是其他惰性電極，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，氫氣能防止氫氧化亞鐵被氧化而導致實驗失敗，所以電極反應式為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，故D正確；
故選：ABD．

點評 本題考查電化學知識，題目難度中等，做題時注意電極的判斷和電極反應的書寫，注意串聯(lián)電路中各電極轉移的電子數(shù)目相等，利用反應的方程式計算．