Question

20．如圖所示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．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+4e^-+2H₂O═4OH^-．
（2）裝置2中的石墨是正極（填“正”或“負”）
（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．向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附近首先變紅．
①電源的M端為正極；鐵電極的電極反應Fe-2e^-═Fe²⁺
②停止電解，取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重0.64g，甲燒杯中產生的氣體標準狀況下體積為224mL．

Answer 1

分析 （1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實驗，發生電化學腐蝕，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，正極為石墨；
（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根據電極反應和串聯電路各極上轉移電子的數目相等進行計算．

解答 解：（1）裝置1為鐵的吸氧腐蝕實驗，發生電化學腐蝕，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⁺，故答案為：正；
（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，
根據甲燒杯產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   V
V=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224ml，故答案為：224．

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，注意串聯電路中各電極轉移的電子數目相等，利用反應的方程式計算．