Question

9．如圖所示，甲、乙是電化學實驗裝置，請回答下列問題：
（1）若甲、乙兩個燒杯中均盛放飽和NaCl溶液．
①甲中石墨棒上的電極反應式是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②將濕潤的淀粉KI試紙放在乙燒杯的上方，發現試紙先變藍后褪色，這是因為電解生成的某種氣體A氧化了I^-生成了I₂．若A氣體和I₂按物質的量之比為5：1反應，且生成兩種酸，該反應的化學方程式為5Cl₂+I₂+6H₂O=10HCl+2HIO₃．
③如果不考慮氣體產物與燒杯中溶液之間的反應，當乙反應有0.01mol電子轉移后停止實驗，燒杯中溶液的體積為100mL，則溶液混勻后的pH=13．
（2）若甲、乙兩燒杯中均盛放CuSO₄溶液．
①甲中鐵棒上的電極反應式為Fe-2e^-=Fe²⁺．
②乙中總反應的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+4H⁺．
③如果起始時乙中盛放100mL pH=5的CuSO₄溶液（25℃），一段時間后溶液的pH變為1，若要使溶液恢復到起始時的濃度（忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入CuO（或CuCO₃）（填寫物質的化學式）0.4（或0.62）g．

Answer 1

分析 （1）①甲為原電池裝置，鐵作負極，則石墨作正極，正極上氧氣得電子；
②Cl₂氧化了生成的I₂，Cl元素的化合價降低，由電子守恒及Cl₂和I₂的物質的量之比為5：1來判斷反應后I元素的化合價，以此來書寫化學反應；
③乙為電解裝置，由電子流向可知石墨為陽極，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電，根據電解方程式中電子與氫氧根離子的關系計算；
（2）①甲為原電池裝置，鐵作負極，鐵失電子；
②乙裝置中陽極上氫氧根離子失電子生成氧氣，陰極上銅離子得電子生成Cu；
③根據電解硫酸銅的化學反應及元素守恒來判斷加入的物質使溶液恢復到電解前的狀態，再由溶液的pH的變化計算加入物質的質量．

解答 解：（1）①甲為原電池裝置，石墨棒上氧氣得電子發生還原反應，反應為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
②Cl₂氧化了生成的I₂，Cl元素的化合價降低，生成鹽酸，反應中Cl₂和I₂的物質的量之比為5：1，設I元素的化合價為x，則5×2×1=1×2×x，解得x=+5，則生成碘酸，所以發生的化學反應為5Cl₂+I₂+6H₂O═10HCl+2HIO₃，
故答案為：5Cl₂+I₂+6H₂O═10HCl+2HIO₃；
③乙為電解裝置，由電子流向可知石墨為陽極，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電，電解反應為2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，當乙反應有0.01mol電子轉生成氫氧根離子為0.01mol，則氫氧根離子的濃度為0.1mol/L，所以溶液的pH=13；
故答案為：13；
（2）①甲為原電池裝置，鐵作負極，負極反應為Fe-2e^-═Fe²⁺，故答案為：Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙裝置中陽極上氫氧根離子失電子生成氧氣，陰極上銅離子得電子生成Cu，其電解反應的離子方程式為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+4H⁺；
故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+4H⁺；
③由2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，要使溶液恢復原狀態，可加入CuO（或CuCO₃），一段時間后溶液的pH變為1，則c（H⁺）=0.1mol/L-10^-5mol/L=0.1mol/L，n（H⁺）=0.1L×0.1mol/L=0.01mol，則由電解反應可知析出的Cu的物質的量為0.005mol，由Cu原子守恒可知，m（CuO）=0.005mol×80g/mol=0.4g，或m（CuCO₃）=0.005mol×124g/mol=0.62g，
故答案為：CuO（或CuCO₃）；0.4（或0.62）．

點評 本題考查原電池與電解池的工作原理，明確離子放電順序、電極反應式的書寫即可解答，注意電子守恒在計算中的應用，側重于考查學生的分析能力和計算能力，題目難度中等．