Question

4．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．一段時間后，向插入鐵釘的玻璃筒內滴入K₃[Fe（CN）₆]溶液，即可觀察到鐵釘附近的溶液變藍色沉淀，表明鐵被氧化（填“氧化”或“還原”）；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中發生的總反應的離子方程式Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺．
（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；
②乙燒杯中電解反應的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺．
③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）鐵發生吸氧腐蝕，鐵被氧化生成Fe²⁺，Fe²⁺與K₃[Fe（CN）₆]反應生成藍色沉淀，正極發生還原反應，氧氣得到電子被還原生成OH^-；
（2）圖2裝置發生反應為銅和鐵離子的氧化還原反應；
（3）向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附近首先變紅，說明石墨極生成4OH^-，應為電解池的陰極，則M為正極，N為負極，乙燒杯為電解硫酸的反應，陽極生成氧氣，陰極析出銅，結合電極方程式解答該題．

解答 解：（1）鐵發生吸氧腐蝕，鐵被氧化生成Fe²⁺，正極發生還原反應，氧氣得到電子被還原生成OH^-，電極方程式為O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-，
故答案為：氧化；O₂+4e^-+2H₂O^-═4OH^-；
（2）銅可被Fe³⁺+氧化，發生Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，形成原電池反應時，銅為負極，發生氧化反應，石墨為正極，正極反應為Fe³⁺+e^-=Fe²⁺，
故答案為：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺；
（3）乙燒杯為電解硫酸的反應，陽極生成氧氣，陰極析出銅，
①向甲燒杯中滴入幾滴酚酞，觀察到石墨電極附近首先變紅，說明石墨極生成4OH^-，應為電解池的陰極，則M為正極，N為負極，
故答案為：正；
②乙燒杯為電解硫酸的反應，陽極生成氧氣，陰極析出銅，電解方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，
故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重0.64g，則生成Cu的物質的量為$\frac{0.64g}{64g/mol}$=0.01mol，轉移的電子的物質的量為0.01mol×2=0.02mol，
甲燒杯中，陽極鐵被氧化，陰極產生氣體為氫氣，
2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
    2mol    22.4L
   0.02mol    V
V=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224ml，
故答案為：224．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，為高頻考點，側重于學生的分析、計算能力的考查，根據各個電極上發生的反應再結合轉移電子相等來分析解答，難點是（3）計算．