Question

3．某小組同學利用原電池裝置探究物質的性質．
資料顯示：原電池裝置中，負極反應物的還原性越強，或正極反應物的氧化性越強，原電池的電壓越大．
（1）同學們利用下表中裝置進行實驗并記錄．

裝置	編號	電極A	溶液B	操作及現象
	Ⅰ	Fe	pH=2的 H2SO4	連接裝置后，石墨表面產生無色氣泡；電壓表指針偏轉
	Ⅱ	Cu	pH=2的H2SO4	連接裝置后，石墨表面無明顯現象；電壓表指針偏轉，記錄讀數為a

①同學們認為實驗Ⅰ中鐵主要發生了析氫腐蝕，其正極反應式是2H⁺+2e^-=H₂↑．
②針對實驗Ⅱ現象：甲同學認為不可能發生析氫腐蝕，其判斷依據是在金屬活動性順序中，Cu在H后，Cu不能置換出H₂；乙同學認為實驗Ⅱ中應發生吸氧腐蝕，其正極的電極反應式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
（2）同學們仍用上述裝置并用Cu和石墨為電極繼續實驗，探究實驗Ⅱ指針偏轉原因及影響O₂氧化性的因素．

編號	溶液B	操作及現象
Ⅲ	經煮沸的pH=2的 H2SO4	溶液表面用煤油覆蓋，連接裝置后，電壓表指針微微偏轉，記錄讀數為b
Ⅳ	pH=2的H2SO4	在石墨一側緩慢通入O2并連接裝置，電壓表指針偏轉，記錄讀數為c；取出電極，向溶液中加入數滴濃Na2SO4溶液混合后，插入電極，保持O2通入，電壓表讀數仍為c
Ⅴ	pH=12的NaOH	在石墨一側緩慢通入O2并連接裝置，電壓表指針偏轉，記錄讀數為d

①丙同學比較實驗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的電壓表讀數為：c＞a＞b，請解釋原因是O₂濃度越大，其氧化性越強，使電壓值增大．
②丁同學對Ⅳ、Ⅴ進行比較，其目的是探究對O₂氧化性的溶液的酸堿性影響．
③實驗Ⅳ中加入Na₂SO₄溶液的目的是排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）對實驗的可能干擾．
④為達到丁同學的目的，經討論，同學們認為應改用如圖裝置對Ⅳ、Ⅴ重復進行實驗，其設計意圖是排除Cu在酸堿性不同的溶液中，其還原性不同對該實驗結果的影響；重復實驗時，記錄電壓表讀數依次為c′、d′，且c′＞d′，由此得出的結論是溶液酸性越強，O₂的氧化性越強（介質或環境的pH影響物質的氧化性）．

Answer 1

分析 （1）①Ⅰ中鐵主要發生了析氫腐蝕，其正極發生還原反應，書寫電極反應式；
②銅與氫離子不能發生自發的氧化還原反應；乙同學認為實驗Ⅱ中應發生吸氧腐蝕，其正極發生還原反應，氧氣得電子生成氫氧根離子，其正極的電極反應式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（2）①實驗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的電解質相同，不同的是氧氣的濃度不同，出現了電壓表讀數不同，根據數值的相對大小可知，氧氣濃度越大，電壓表的讀數越高；
②實驗Ⅳ、Ⅴ是溶液的酸堿性不同，來判斷電壓表的指針偏轉情況；
③實驗Ⅳ中加入Na₂SO₄溶液的目的是排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）對實驗的可能干擾；
④為達到丁同學的目的，經討論，同學們認為應改用如圖裝置對Ⅳ、Ⅴ重復進行實驗，其設計意圖是排除Cu在酸堿性不同的溶液中，其還原性不同對該實驗結果的影響；重復實驗時，記錄電壓表讀數依次為c′、d′，且c′＞d′，由此得出的結論是溶液酸性越強，O₂的氧化性越強．

解答 解：（1）①Ⅰ中鐵主要發生了析氫腐蝕，其正極發生還原反應，電極反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②銅與氫離子不能發生自發的氧化還原反應；乙同學認為實驗Ⅱ中應發生吸氧腐蝕，其正極發生還原反應，氧氣得電子生成氫氧根離子，其正極的電極反應式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：在金屬活動性順序中，Cu在H后，Cu不能置換出H₂；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（2）①實驗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的電解質相同，不同的是氧氣的濃度不同，出現了電壓表讀數不同，根據數值的相對大小可知，氧氣濃度越大，電壓表的讀數越高，所以O₂濃度越大，其氧化性越強，使電壓值增大，故答案為：O₂濃度越大，其氧化性越強，使電壓值增大；
②實驗Ⅳ、Ⅴ是溶液的酸堿性不同，來判斷電壓表的指針偏轉情況，所以Ⅳ、Ⅴ進行比較，其目的是探究對O₂氧化性的酸堿性的影響，故答案為：溶液的酸堿性；
③實驗Ⅳ中加入Na₂SO₄溶液的目的是排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）對實驗的可能干擾，故答案為：排除溶液中的Na⁺（或SO₄^2-）對實驗的可能干擾；
④為達到丁同學的目的，經討論，同學們認為應改用如圖裝置對Ⅳ、Ⅴ重復進行實驗，其設計意圖是排除Cu在酸堿性不同的溶液中，其還原性不同對該實驗結果的影響；重復實驗時，記錄電壓表讀數依次為c′、d′，且c′＞d′，由此得出的結論是溶液酸性越強，O₂的氧化性越強，
故答案為：排除Cu在酸堿性不同的溶液中，其還原性不同對該實驗結果的影響；溶液酸性越強，O₂的氧化性越強（介質或環境的pH影響物質的氧化性）．

點評 本題考查了原電池原理的工作原理，通過電壓表指針的偏程度來確定外界條件對電極活潑性影響，有一定的難度．