Question

20．（1）利用反應(yīng)Cu+2FeCl₃═CuCl₂+2FeCl₂設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池，回答下列問(wèn)題：
①寫(xiě)出電極反應(yīng)式：
正極2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺；
負(fù)極Cu-2e^-═Cu²⁺．
②圖中X溶液是FeCl₃，Y溶液是CuCl₂．
③原電池工作時(shí)，鹽橋中的陽(yáng)（填“陽(yáng)”、“陰”）離子向X溶液方向移動(dòng)．
（2）該電池向外提供0.2mol電子，負(fù)極材料的質(zhì)量變化為減少6.4g，假設(shè)該電解質(zhì)溶液為1L，則以Fe³⁺濃度變化為減少0.2mol/L．
（3）利用反應(yīng)2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制備CuSO₄，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，其正極電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電池總反應(yīng)式Cu+2FeCl₃═CuCl₂+2FeCl₂可知Cu元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?2價(jià)、Fe元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià)，所以Cu作負(fù)極，C作正極，利用鹽橋組成原電池，將氧化劑FeCl₃和還原劑Cu分開(kāi)，鹽橋中陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，據(jù)此解題；
（2）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子與Cu的關(guān)系式計(jì)算消耗Cu的質(zhì)量；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子計(jì)算消耗的鐵離子物質(zhì)的量，再計(jì)算濃度的變化；
（3）正極發(fā)生的是化合價(jià)降低得電子的反應(yīng)．

解答 解：（1）①根據(jù)電池總反應(yīng)式Cu+2FeCl₃═CuCl₂+2FeCl₂可知Cu失電子作負(fù)極，電極反應(yīng)為：Cu-2e^-═Cu²⁺；正極是三價(jià)鐵離子得電子生成亞鐵離子，電極反應(yīng)為2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺；Cu-2e^-═Cu²⁺；
②利用鹽橋組成原電池，將氧化劑FeCl₃和還原劑Cu分開(kāi)，則Y是CuCl₂溶液，X是FeCl₃溶液，
故答案為：FeCl₃；CuCl₂；
③原電池工作時(shí)，鹽橋中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，即X溶液方向移動(dòng)，
故答案為：陽(yáng)；
（2）根據(jù)負(fù)極反應(yīng)Cu-2e^-=Cu²⁺可知消耗1mol銅，轉(zhuǎn)移2mol電子，故轉(zhuǎn)移0.2mol電子，消耗的銅為0.1mol，質(zhì)量為0.1mol×64g/mol=6.4g；正極反應(yīng)2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，所以消耗Fe³⁺的物質(zhì)的量為0.2mol，則Fe³⁺濃度變化為△c=$\frac{△n}{V}$=$\frac{0.2mol}{1L}$=0.2mol/L，
故答案為：減少6.4g；減少0.2mol/L；
（3）原電池正極發(fā)生的是化合價(jià)降低得電子的反應(yīng)，根據(jù)方程式可知是O₂得電子，另外，由于H₂SO₄存在，所以發(fā)生的O₂酸性條件下的電極反應(yīng)：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池的設(shè)計(jì)，根據(jù)方程式中元素化合價(jià)升降進(jìn)行判斷，方程式中失電子化合價(jià)升高的金屬單質(zhì)作負(fù)極，得電子化合價(jià)降低的化合物為其電解質(zhì)，難度中等．