Question

如图所示，金属杆ab放在两水平放置的长直平行金属导轨上，导轨电阻不计，导轨间的宽度为1.0m，其间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1.0T，现用导线与插入电解槽中的两惰性电极C，D相连，回路的总电阻为2Ω，电解液为500mL的CuSO₄溶液，现对棒施加一大小为3N的水平恒力，棒恰好开始运动，最后达到稳定状态，从棒开始运动到棒达到稳定状态的过程中，C，D中的某电极增重3.2mg．(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积的变化)

(1)写出电极D的反应式；

(2)写出电解CuSO₄溶液的化学方程式；

(3)棒达到稳定状态时的速度为多大？

(4)ab棒刚达到稳定速度时，溶液中氢离子浓度约为多少？

(5)从棒开始运动到达到稳定过程中，棒ab移动的距离？

Answer 1

答案：
解析：

巧解分析：导体在外力作用下运动，导体中产生感应电流，由物理知识得出电极正负，再结合化学知识解答． 　　(1)ab棒在外力作用下向右运动，导体中就会有感应电流产生，由右手定则可知C为阴极，D为阳极，电解槽中的离子为Cu2+，，H+，OH－，在阴极Cu2+比H+易得到电子；在阳极，OH－比易失去电子，D极的电极反应式为：4OH－－4e＝O2↑＋2H2O． 　　(2)化学反应方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑． 　　(3)棒最终做匀速运动，即为稳定状态，满足：F＝BIl＝B··l． 　　代入数据得：v＝6m/s． 　　(4)根据电解反应关系式Cu2H+可知，每生成64g Cu将同时生成2mol H+，故 　　[H+]＝＝2×10－4mol/L． 　　(5)由电极C的电极反应式Cu2+＋2e－＝Cu可知，每生成1mol Cu需要2mol电子，而在该过程中生成的铜为：＝5×10－5mol． 　　故其间有q＝2×1.6×10－19×6.02×1023×5×10－5＝9.63C的电量流过棒ab，则由 　　q＝IΔt＝，得s＝＝19.2m．

提示：

命题意图：本题考查物理与化学的综合问题，涉及到电路计算、电磁感应、电解反应和物质的量浓度计算等知识．