Question

将质量相等的铁片和铜片用导线相连浸入500mL硫酸铜溶液中构成如图的装置．
（1）铁片上的电极反应式为

Fe-2e^-=Fe²⁺

，铜片周围溶液会出现

颜色变浅

的现象．
（2）若2min后测得铁片和铜片之间的质量差为1.2g，则导线中流过的电子为

0.02

mol，该段时间内用硫酸铜表示的平均反应速率为

0.01mol?L^-1?min^-1

（3）若一段时间后测得铁片减少了2.4g，同时铜片增加了3.2g，则这段时间内该装置消耗的化学能有

50

%转化为电能．
（4）若将该装置改为如下图所示的装置也能达到和原装置相同的作用，同时能保证停止使用该装置时反应物不损耗，KCl溶液起沟通两边溶液形成闭合回路的作用，则硫酸铜溶液应该注入

右侧

（填“左侧”、“右侧”或“两侧”）烧杯中，若2min内铁片减少了2.8g，则中间U形管中K⁺的流速是

0.05

mol/min．（以上均假设反应过程中溶液体积不变）．

Answer 1

分析：（1）装置是否有外加电源可以判断所属的类别，根据电池的工作原理来分析电极电极反应以及现象；
（2）根据电极反应式来计算；
（3）电池中的电解质必须是强电解质，根据电池反应来选择电解质溶液．

解答：解：（1）装置没有外加电源，属于原电池，活泼金属锌做负极，本身失电子，Fe-2e^-=Fe²⁺，正极上是铜离子得电子，所以铜离子在该极附近溶度减小，溶液颜色变浅，故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺；颜色变浅；
（2）铁电极发生的反应为：Fe-2e^-→Fe²⁺，正极上是铜离子得电子，电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，设转移电子为n，则铁质量减少28n，Cu电极质量增加32n，铁片和铜片之间的质量差为28n+32n=60n=1.2g，所以n=0.02mol，所以铜离子浓度减少量为0.01mol，所以该段时间内用硫酸铜表示的平均反应速率v=

0.01mol 0.5L

2min

=0.01mol?L^-1?min^-1，故答案为：0.02；0.01mol?L^-1?min^-1；
（3）铁电极的电子一部分传给铜电极，发生原电池反应．同时铁电极上也发生置换反应．电极反应：Fe-2e^-→Fe²⁺，Cu²⁺+2e^-=Cu，铜电极增加3.2g，即0.05mol，同时铁电极原电池反应产生0.05molFe²⁺，即铁电极减少56g/mol×0.05
mol=2.8g，但是铁片只减少了2.4g，因为铁片有一部分直接发生置换反应，有铜生成，所以质量增加了，这部分铁的化学能没有转化为电能，所以有2.8g-2.4g=0.4g的质量差，设有xmol铁直接参与置换反应，
Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺△m
   1mol 64           8
    x               0.4
计算得x=0.05mol，即直接发生置换反应的铁为0.05mol，参与原电池反应的铁也是0.05mol，所以该装置消耗化学能有50%转化为电能，故答案为：50；
（4）盐桥原电池中，金属电极插入含有该电极金属阳离子的盐溶液中，所以硫酸铜溶液应该注入右侧烧杯中，若2min内铁片减少了2.8g，该段时间内用亚铁离子表示的平均反应速率v=

2.8g 56g/mol 0.5L

2min

=0.05mol?L^-1?min^-1，则中间U形管中K⁺的流速是0.05mol/min，故答案为：右；0.05．

点评：本题考查学生原电池的工作原理，结合了化学反应速率知识来考查，综合性强，难度较大．