Question

金屬銅不溶于稀硫酸，可溶于鐵鹽溶液生成銅鹽與亞鐵鹽．現(xiàn)將一定量的銅片加入到100mL稀硫酸和硫酸鐵的混合溶液中，銅片完全溶解．
（1）寫出銅溶于上述混合溶液的離子方程式

 

．
（2）若在如圖Ⅰ所示的裝置中發(fā)生（1）中的反應(yīng)，則X極是銅片

 

（“正極”或“負(fù)極”），電極反應(yīng)式是

 

（3）銅完全溶解時(shí)，所得溶液中Fe³⁺、Cu²⁺、H⁺三種陽離子的濃度均為0.2mol/L（假設(shè)溶液體積不變），若用電解方法回收銅，裝置如圖Ⅱ所示．
①電解開始階段，陽極的電極反應(yīng)式為

 

，陰極的電極反應(yīng)式為

 

．
②判斷溶液中的Cu²⁺已完全析出的現(xiàn)象是

 

．當(dāng)Cu²⁺恰好完全析出時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）銅和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子和銅離子；
（2）若欲在如圖所示的裝置中發(fā)生（1）中的反應(yīng)，則銅電極是負(fù)極，不如銅活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）①根據(jù)開始階段，陽極為溶液中的陰離子氫氧根得電子，陰極為陽離子氧化性最強(qiáng)的Fe³⁺失電子生成二價(jià)鐵離子；
②當(dāng)三價(jià)鐵失電子后就是二價(jià)銅失電子，等Cu²⁺已完全析出時(shí)就應(yīng)該為氫離子失電子生成氫氣，據(jù)此分析解答．

解答： 解：（1）銅和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子和銅離子，離子反應(yīng)方程式為：Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，故答案為：Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺；
（2）若欲在如圖所示的裝置中發(fā)生（1）中的反應(yīng)，則銅電極是負(fù)極，不如銅活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，所以X電極是負(fù)極，
負(fù)極上電極反應(yīng)式為：Cu-2e^-═Cu²⁺，碳（石墨、金、鉑、銀）作正極，
故答案為：負(fù)極；Cu-2e^-═Cu²⁺；
（3）①開始階段，陽極為溶液中的陰離子氫氧根得電子，反應(yīng)式為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；陰極為陽離子氧化性最強(qiáng)的Fe³⁺失電子生成二價(jià)鐵離子，反應(yīng)式為：4Fe³⁺+4e^-═4Fe²⁺，故答案為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；4Fe³⁺+4e^-═4Fe²⁺；
②當(dāng)三價(jià)鐵失電子后就是二價(jià)銅失電子，等Cu²⁺已完全析出時(shí)就應(yīng)該為氫離子失電子生成氫氣，所以當(dāng)看到陰極（或銅電極）表面開始有氣泡生成時(shí)Cu²⁺已完全析出；
轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為三價(jià)鐵和二價(jià)銅失去的電子數(shù)：即0.2mol/L×0.1L+0.2mol/L×0.1L×2=0.06mol，
故答案為：陰極（或銅電極）表面開始有氣泡生成；0.06 mol．

點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池原理、物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)原電池的構(gòu)成條件、電極反應(yīng)及原子守恒、電荷守恒來分析解答即可，難度不大．