Question

將質量相等的鐵片和銅片用導線相連浸入500mL硫酸銅溶液中構成如圖1的裝置：（以下均假設反應過程中溶液體積不變）．

（1）鐵片上的電極反應式為

 

．
（2）銅片周圍溶液會出現

 

的現象．
（3）若2min后測得鐵片和銅片之間的質量差為1.2g，計算：
①導線中流過的電子的物質的量為

 

mol；
②該段時間內用硫酸銅表示的平均反應速率為

 

mol?L^-1?min^-1
（4）若一段時間后測得鐵片減少了2.4g，同時銅片增加了3.2g，計算這段時間內該裝置消耗的化學能轉化為電能的百分比為

 

．
（5）若將該裝置改為如圖2所示的裝置也能達到和原裝置相同的作用．其中KCl溶液起溝通兩邊溶液形成閉合回路的作用，同時又能阻止反應物直接接觸．則硫酸銅溶液應該注入

 

（填“左側”、“右側”或“兩側”）燒杯中．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

分析：（1）該裝置構成原電池，鐵易失電子而作負極，銅作正極，鐵電極上鐵失電子而發(fā)生氧化反應；
（2）銅電極上銅離子得電子發(fā)生還原反應；
（3）①負極上鐵溶解，正極上析出銅，鐵片和銅片相差的質量為溶解鐵和析出銅的質量之和，溶解鐵的物質的量和析出銅的物質的量相等，根據金屬和轉移電子之間的關系式計算；
②根據銅離子的物質的量計算平均反應速率；
（4）由于Fe與硫酸銅溶液直接接觸，部分Fe發(fā)生原電池反應，另一部分直接與銅離子發(fā)生置換反應，根據Fe發(fā)生兩種反應的量來求算；
（5）含有鹽橋的原電池中，電極材料與相應的電解質溶液中含有相同的金屬元素．

解答： 解：（1）該裝置構成原電池，鐵易失電子而作負極，銅作正極，鐵電極上鐵失電子而發(fā)生氧化反應，電極反應式為：Fe-2e^-=Fe²⁺，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；
（2）銅電極上銅離子得電子發(fā)生還原反應而生成銅，所以銅離子濃度降低，則溶液顏色變淺，故答案為：溶液顏色變淺；
（3）①負極上鐵溶解，正極上析出銅，鐵片和銅片相差的質量為溶解鐵和析出銅的質量之和，溶解鐵的物質的量和析出銅的物質的量相等，設轉移電子的物質的量為xmol，

x

2

×56+

x

2

×64=1.24，x=0.02，
故答案為：0.02；
②銅離子的濃度變化為：

0.02× 1 2 mol

0.5L

=0.02mol/L，則該段時間內用硫酸銅表示的平均反應速率為

0.02mol/L

2min

=0.01mol?L^-1?min^-1；
故答案為：0.01；
（4）鐵電極的電子一部分傳給銅電極，發(fā)生原電池反應．同時鐵電極上也發(fā)生置換反應．電極反應：Fe-2e^-→Fe²⁺，Cu²⁺+2e^-=Cu，銅電極增加3.2g，即0.05mol，同時鐵電極原電池反應產生0.05molFe²⁺，即鐵電極減少56g/mol×0.05mol=2.8g，但是鐵片只減少了2.4g，因為鐵片有一部分直接發(fā)生置換反應，有銅生成，所以質量增加了，這部分鐵的化學能沒有轉化為電能，所以有2.8g-2.4g=0.4g的質量差，設有xmol鐵直接參與置換反應，
Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺△m
      1mol               8
       x                0.4
計算得x=0.05mol，即直接發(fā)生置換反應的鐵為0.05mol，參與原電池反應的鐵也是0.05mol，所以該裝置消耗化學能有50%轉化為電能；
故答案為：50%；
（5）含有鹽橋的原電池中，電極材料與相應的電解質溶液中含有相同的金屬元素，所以硫酸銅溶液應該倒入右側，故答案為：右側．

點評：本題考查學生原電池的工作原理，結合了化學反應速率知識來考查，綜合性強，難度較大，注意根據原電池中正負極上發(fā)生的電極反應來分析解答．