Question

如圖所示裝置中，C（Ⅰ）、C（Ⅱ）為多孔石墨電極，開始實(shí)驗(yàn)前兩玻璃管（Ⅰ、Ⅱ）中盛滿氫氧化鈉溶液，且S₁、S₂均斷開．先接通S₁，兩玻璃管中有氣體生成（假設(shè)氣體均未逸出裝置），一段時(shí)間后，Ⅱ管中的氣體體積是Ⅰ管中氣體體積的2倍（兩玻璃管中液面未脫離電極），再斷開S₁，接通S₂，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．請(qǐng)回答：
（1）接通S₁后，C（Ⅰ）的電極反應(yīng)式是

4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O

兩管中產(chǎn)生氣體的質(zhì)量之比（Ⅰ：Ⅱ）是

8：1

．
（2）斷開S₁接通S₂，C（Ⅱ）的電極反應(yīng)式是

O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-

（3）將溶液改為硫酸銅溶液，接通S₁，斷開S₂，寫出電解反應(yīng)的化學(xué)方程式

2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄

．
（4）利用該裝置對(duì)粗銅進(jìn)行電解精煉，則電極材料C（Ⅰ）應(yīng)改為

粗銅

．

Answer 1

分析：（1）先接通S₁，兩玻璃管中有氣體生成，（假設(shè)氣體均未逸出裝置），一段時(shí)間后，Ⅱ管中的氣體體積是Ⅰ管中氣體體積的2倍（兩玻璃管中液面未脫離電極），電解氫氧化鈉溶液時(shí)，陽極上生成氧氣，陰極上生成氫氣，II中的氣體是I中的2倍，則II中是氫氣，I中是氧氣，所以II是陰極，I是陽極，
I電極上氫氧根離子放電生成氧氣，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算質(zhì)量之比；
（2）斷開S₁接通S₂，構(gòu)成燃料電池，有氫氣的電極是負(fù)極，有氧氣的電極是正極，所以C（Ⅱ）是正極，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）將溶液改為硫酸銅溶液，接通S₁，斷開S₂，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電；
（4）電解精煉粗銅時(shí)，陽極為粗銅，陰極為純銅．

解答：解：（1）先接通S₁，兩玻璃管中有氣體生成，（假設(shè)氣體均未逸出裝置）．一段時(shí)間后，Ⅱ管中的氣體體積是Ⅰ管中氣體體積的2倍（兩玻璃管中液面未脫離電極），電解氫氧化鈉溶液時(shí)，陽極上生成氧氣，陰極上生成氫氣，II中的氣體是I中的2倍，則II中是氫氣，I中是氧氣，則II是陰極，I是陽極，
I電極上氫氧根離子放電生成氧氣，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，陰極上電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子相等時(shí)，生成氧氣與氫氣的物質(zhì)的量之比為1：2，其質(zhì)量之比=（1×32）：（2×2）=8：1，故答案為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；8：1；
（2）斷開S₁接通S₂，有氫氣的電極是負(fù)極，有氧氣的電極是正極，所以C（Ⅱ）是正極，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；
（3）將溶液改為硫酸銅溶液，接通S₁，斷開S₂，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電，所以電池反應(yīng)式為：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄；
（4）電解精煉粗銅時(shí)，陽極為粗銅，陰極為純銅，I是陽極，所以I為粗銅，故答案為：粗銅．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池和電解池原理，正確判斷原電池正負(fù)極是解本題關(guān)鍵，根據(jù)離子放電順序確定電極反應(yīng)式，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，難度中等．