Question

3．（1）將Zn棒和Cu棒用導線連接后，放入某電解質溶液中，構成如圖1所示裝置．試回答下列問題：

①若電解質溶液為稀硫酸，則Zn棒為原電池的負極，可觀察到Cu棒的所產生現象是有氣體析出，試用電極反應式表示該現象：2H⁺+2e^-=H₂↑．
②若電解質為硫酸銅溶液，則Cu棒上發生還原反應，Zn棒上發生反應的電極反應式為：Zn-2e^-=Zn²⁺．
③若在上述兩個過程中，Zn棒減少的質量相等，則Cu棒上（1）和（2）所析出物質的質量之比為：1：32．
（2）肼（N₂H₄）又稱聯氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料．如圖2是一個電化學過程示意圖．
①鉑片上發生的電極反應是Cu²⁺+2e^-═Cu．
②假設使用肼-空氣燃料電池作為本過程中的電源，銅片的質量變化128g，則肼-空氣燃料電池理論上消耗標準狀況下的空氣112L（假設空氣中氧氣體積含量為20%）．

Answer 1

分析 （1）①銅鋅原電池中，活潑金屬作負極，在正極上有氣體生成；
②若電解質為硫酸銅溶液，則在正極上析出銅；
③根據原電池兩極上得失電子數目相等計算；
（2）電解硫酸銅溶液，陰極上銅離子放電，陽極上銅失電子發生氧化反應；根據串聯電路中轉移電子相等計算．

解答 解：（1）①將Zn棒和Cu棒用導線連接后，若電解質溶液為稀硫酸，則鋅為負極，銅為正極，負極反應為：Zn-2e^-=Zn²⁺，正極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，在正極上有氣體生成，
故答案為：負；有氣體析出；2H⁺+2e^-=H₂↑；
②將Zn棒和Cu棒用導線連接后，若電解質為硫酸銅溶液，則在正極上析出銅，鋅為負極，負極反應為Zn-2e^-=Zn²⁺，正極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：還原；Zn-2e^-=Zn²⁺；
③設上述兩個過程中都消耗1molZn，則：Cu棒上（1）所析出物質的質量為：1mol×2g/mol=2g，（2）所析出物質的質量為：1mol×64g/mol=64g，Cu棒上（1）和（2）所析出物質的質量之比為2g：64g=1：32，故答案為：1：32；
（2）①電解硫酸銅溶液，陰極鉑上銅離子放電生成銅單質，電極反應式為Cu²⁺+2e^-═Cu，
故答案為：Cu²⁺+2e^-═Cu；
②陽極上銅失電子發生氧化反應，消耗128g銅轉移電子的物質的量=$\frac{128g}{64g/mol}$×2=4mol，
根據串聯電路中轉移電子相等得消耗標準狀況下的氧氣體積=$\frac{4mol}{4}$×22.4L/mol=22.4L，
氧氣的體積占空氣的20%，
所以空氣體積=22.4÷20%=112L，
故答案為：112．

點評 本題以聯氨為背景考查了原電池及電解池，據電解原理的電極反應特點寫出鉑極上的電極反應式，并結合質量變化進行相關計算，根據已知化學電源的書寫方法，難度不大．