Question

3．現將一定量的銅片加入到100mL稀硫酸和硫酸鐵的混合溶液中，銅片完全溶解（不考慮鹽的水解及溶液體積的變化）．
（1）寫出銅溶解于上述混合溶液的離子方程式Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺．
（2）若銅完全溶解時，溶液中的Fe³⁺、Cu²⁺、H⁺三種離子的物質的量濃度相等，且測得溶液的pH=1，則溶液中的c（SO₄^2-）=0.5mol/L．
（3）若欲在如圖所示的裝置中發生（1）中的反應，則X極是負極（正、負極），電極反應式Cu-2e^-═Cu²⁺．
Y極的材料名稱是碳（石墨、金、鉑、銀），電極反應式2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺．

Answer 1

分析 （1）銅和鐵離子反應生成亞鐵離子和銅離子；
（2）根據原子守恒計算銅的質量；根據電荷守恒計算硫酸根離子濃度；
（3）若欲在如圖所示的裝置中發生（1）中的反應，則銅電極是負極，不如銅活潑的金屬或導電的非金屬作正極，負極上失電子發生氧化反應，正極上得電子發生還原反應．

解答 解：（1）銅和鐵離子反應生成亞鐵離子和銅離子，離子反應方程式為：Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，故答案為：Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺；
（2）若銅完全溶解時，溶液中的Fe³⁺、Cu²⁺、H⁺三種離子的物質的量濃度相等，且測得溶液的pH=1，則c（H⁺）=c（Cu²⁺）=0.1mol/L，
反應后溶液中的陽離子為：Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、H⁺，而Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，可見Fe²⁺的物質的量濃度為Cu²⁺的兩倍，依據溶液中的電荷守恒規律，故0.1mol/L×3+0.2mol/L×2+0.1mol/L×2+0.1mol/L×1=c（SO₄^2-）×2，解得c（SO₄^2-）=0.5mol/L；
故答案為：0.5；
（3）若欲在如圖所示的裝置中發生（1）中的反應，則銅電極是負極，不如銅活潑的金屬或導電的非金屬作正極，所以X電極是負極，
負極上電極反應式為：Cu-2e^-═Cu²⁺，碳（石墨、金、鉑、銀）作正極，
正極上鐵離子得電子發生還原反應，電極反應式為：2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，
故答案為：負極；Cu-2e^-═Cu²⁺；碳（石墨、金、鉑、銀）；2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺．

點評 本題考查原電池原理、物質的量的有關計算等知識點，為高頻考點，根據原電池的構成條件、電極反應及原子守恒、電荷守恒來分析解答即可，難度不大．