Question

16．如图甲所示3套实验装置，分别回答下列问题：

（1）装置1为铁的吸氧腐蚀实验．一段时间后，向插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，可观察到碳棒附近的溶液变红，该电极反应为O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．
（2）装置2中的石墨是正极（填“正”或“负”），该装置发生的总反应的离子方程式为2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．
（3）装置3中甲烧杯盛放100mL 0.2mol/L的NaCl溶液，乙烧杯盛放100mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液．反应一段时间后，停止通电．取出Cu电极，洗涤、干燥、称量、电极增重 0.64g．
①电源的M端为正极，甲烧杯中铁电极的电极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙烧杯中电解反应的离子方程式为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③甲、乙两烧杯中生成的气体标准状况下共336mL．
（4）利用电池可实现电能向化学能转化．某同学设计了一种电解法制取Fe（OH）₂的实验装置（如图乙所示），通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色．
下列说法中正确的是ABD（填序号）
A．电源中的a一定为正极，b一定为负极
B．可以用NaCl溶液作为电解液  C．A、B两端都必须用铁作电极
D．阴极发生的反应是：2H⁺+2e^-→H₂↑

Answer 1

分析 （1）装置1为铁的吸氧腐蚀实验，发生电化学腐蚀，铁为负极，碳为正极，观察到碳棒附近的溶液变红，说明在碳极上氧气得电子生成OH^-离子，以此判断并书写电极反应式；
（2）装置2为原电池，负极为Cu，电极反应为：Cu-2e^-═Cu²⁺，正极为石墨，电极反应为2Fe+2e^-═2Fe²⁺，以此书写电池总反应；
（3）①反应一段时间后，停止通电．向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，说明在石墨电极上生成OH^-离子，电极反应为：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，发生还原反应，为电解池的阴极，连接电源的负极，即M端为正极，N端为负极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，
②乙烧杯电解硫酸铜溶液，石墨为阳极，电极反应为4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu为阴极，电极反应为Cu²⁺+2e^-═Cu，电解的总反应为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，
③根据电极反应和串联电路各极上转移电子的数目相等进行计算；
（4）A、A端做阳极是铁，B端析出氢气可驱赶原溶液中溶解的少量氧气；
B．阳极上铁失电子得到亚铁离子，阴极上氢离子放电，所以可以电解质溶液可以选取氯化钠溶液；
C．阳极应该用铁电极，阴极用惰性电极亦可；
D．阴极上得电子生成氢气．

解答 解：（1）装置1为铁的吸氧腐蚀实验，发生电化学腐蚀，铁为负极，碳为正极，观察到碳棒附近的溶液变红，说明在碳极上氧气得电子生成OH^-离子，反应的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，故答案为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
（2）装置2为原电池，负极为Cu，电极反应为：Cu-2e^-═Cu²⁺，正极为石墨，电极反应为2Fe+2e^-═2Fe²⁺，反应的总方程式为2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，故答案为：正；2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）①反应一段时间后，停止通电．向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，说明在石墨电极上生成OH^-离子，电极反应为：2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，发生还原反应，为电解池的阴极，连接电源的负极，即M端为正极，N端为负极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，故答案为：正；Fe-2e^-═Fe²⁺；
②乙烧杯电解硫酸铜溶液，石墨为阳极，电极反应为4OH^--4e^-═O₂↑+H₂O，Cu为阴极，电极反应为Cu²⁺+2e^-═Cu，电解的总反应为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，
故答案为：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；
③取出Cu电极，洗涤、干燥、称量、电极增重0.64g，则生成Cu的物质的量为$\frac{0.64g}{64g/mol}$=0.01mol，转移的电子的物质的量为0.01mol×2=0.02mol，根据甲烧杯产生气体的电极反应计算生成气体的体积，
2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，
2mol 22.4L
0.02mol V1
V1=$\frac{22.4L×0.02mol}{2mol}$=0.224L，即224ml，
乙烧杯产生气体的电极反应计算生成气体的体积
2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，
   4mol 22.4L
   0.02mol V2
V2=$\frac{22.4×0.02}{4}$=0.112L，即112ml，
所以甲、乙两烧杯中生成的气体标准状况下共224+112=336ml，故答案为：336；
（4）A、因为生成的氢气将装置中原有氧气带出，且氢气的密度小于水，所以氢气从B端阴极析出，A电极则是铁做阳极失去电子生成亚铁离子，所以“a”为正极，“b”为负极，故A正确；
B、因为阳极是铁，活泼电极作阳极时，阳极材料铁失电子生成亚铁离子，阴极上氢离子放电，生成氢气，所以能生成氢氧化亚铁白色沉淀，则电解液选用NaCl溶液不影响实验，故B正确；
C、阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，故C错误；
D、阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，氢气能防止氢氧化亚铁被氧化而导致实验失败，所以电极反应式为：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，故D正确；
故选：ABD．

点评 本题考查电化学知识，题目难度中等，做题时注意电极的判断和电极反应的书写，注意串联电路中各电极转移的电子数目相等，利用反应的方程式计算．