Question

18．现有纯锌片、纯铜片和500mL 0.1mol•L^-1的硫酸、导线、1 000mL量筒．用如下图所示装置利用原电池原理，制备一定量的氢气．
（1）如图所示，装置气密性良好，且1 000mL量筒中已充满水，刚开始实验时，根据构成原电池必须满足的条件，首先要进行的操作是用导线把a、b两电极连接起来；
（2）a的电极材料为纯锌片，作原电池的负极；
电子经外电路由①（①a→b   ②b→a 填序号，下同）
（3）b极上发生的电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，
反应时a极附近SO₄^2-浓度逐渐减小．（填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“始终不变”）；
（4）假设反应过程中溶液体积不变，当硫酸浓度降低一半时，通过导线的电子的物质的量为0.05mol，量筒中收集的气体体积最接近CmL．（A．400  B．500  C．600  D．700）

Answer 1

分析 锌、铜、硫酸原电池中，电子转移和产生的氢气量之间存在联系；
（1）根据原电池装置的构成条件：闭合回路、电解质溶液、两个电极以及自发氧化还原反应来回答；
（2）活泼失电子的金属锌做负极，发生氧化反应，电子由负极流向正极；
（3）铜作正极，发生还原反应，根据硫酸根离子流向负极判断a极附近SO₄^2-浓度；
（4）根据电极反应式进行计算即可．

解答 解：（1）根据图示装置，要想求得电子转移的量，需要设计成锌、铜、硫酸原电池，量取金属锌和硫酸反应产生氢气的体积，根据原电池的构成条件，所以首先要用导线把a、b两电极连接起来，
故答案为：用导线把a、b两电极连接起来；
（2）锌、铜、硫酸原电池中，纯锌片是负极，电子由负极流向正极，故答案为：纯锌片；负；①；
（3）铜是正极，该极上电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，硫酸根离子流向负极，所以a极附近SO₄^2-浓度逐渐减小，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；逐渐减小；
（4）正极上电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，当硫酸浓度降低一半时即消耗氢离子为0.5×0.1×$\frac{1}{2}$×2=0.05moL，所以通过导线的电子的物质的量为0.05mol，标况下生成$\frac{0.05}{2}$=0.025mol氢气，标况下的体积为0.025×22.4=560ml，量筒中收集的气体体积最接近600ml，
故答案为：0.05 mol； C．

点评 本题以实验方式为载体考查学生原电池的构成条件和工作原理知识，注意基本知识的梳理是解题关键，难度中等．