Question

12．銅與稀硫酸不反應，某校實驗小組的同學在老師的指導下設計了下列裝置，實現了銅與稀硫酸的反應．請回答下列問題：
（1）甲同學認為在通入空氣的同時，將開關K與a（填“a”或“b”）連接，即可實現．則此時石墨電極的反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，總反應的化學方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O．電池工作時，H⁺向C（填“C”或“Cu”）極移動．
（2）乙同學認為，不通入空氣，將K與b（填“a”或“b”）連接，也可以實現．則Cu極的電極反應式為Cu-2e^-=Cu²⁺；該過程的總反應離子方程式為．若標準狀況下產生2.24L氣體，則電路中轉移的電子為0.2mol．
（3）丙同學認為還可以用如圖所示裝置模擬工業上電鍍銅．他認為只要將C換成Fe（Cu足量），并將乙同學的實驗持續足夠長時間，即可實現在Fe上鍍Cu．你認為他的想法正確（填“正確”或“不正確”）；這種方法得到的銅鍍層不牢固（填“牢固”或“不牢固”），理由是在電鍍過程中會有氫氣生成，導致鍍層中有氣泡．

Answer 1

分析 （1）通入空氣時，K與a相連，可以構成原電池，銅為負極，碳棒為正極，結合原電池原理寫出總反應的化學方程式；
（2）K與b相連時構成電解池，銅與電源正極相連，為電解池的陽極，則銅失去電子生成銅離子，碳棒上氫離子得到電子生成氫氣，據此寫出電極反應式及總反應的離子方程式；
（3）電鍍中鍍層銅與電源的正極相連，鍍件與電源的負極相連，由此分析解答．

解答 解：（1）在通入空氣的同時，將開關K與a相連可構成原電池，銅為負極，銅失去電子生成銅離子，碳棒為正極，氧氣得到電子生成水，電極的反應式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，電池總反應為：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，原電池工作時陽離子向正極移動，即向C移動，
故答案為：a；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；C；
（2）不通入空氣時，K與b相連構成了電解池，銅為陽極，失去電子發生氧化反應：Cu-2e^-=Cu²⁺，碳棒為陰極，氫離子得到電子生成氫氣，電解總反應為：Cu+2H⁺=Cu²⁺+H₂↑，若標準狀況下產生2.24L氣體，即物質的量為0.1mol，則電路中轉移的電子為0.2mol，
故答案為：b；Cu-2e^-=Cu²⁺；Cu+2H⁺=Cu²⁺+H₂↑；0.2mol；
（3）鍍層金屬銅與電源的正極相連，鍍件鐵與電源的負極相連，能實現在在Fe上鍍Cu，但電鍍過程中會有氫氣生成，導致鍍層中有氣泡，而導致鍍層不牢固，故答案為：正確，不牢固，在電鍍過程中會有氫氣生成，導致鍍層中有氣泡．

點評 本題考查了原電池、電解池工作原理，題目難度中等，明確原電池和電解池工作原理為解答關鍵，注意掌握書寫電極反應式的方法，試題培養了學生的分析能力及靈活應用能力．