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，則X極是銅片

 

（“正極”或“負極”），電極反應式是

 

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

 

，陰極的電極反應式為

 

．
②判斷溶液中的Cu²⁺已完全析出的現(xiàn)象是

 

．當Cu²⁺恰好完全析出時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量

 

．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

分析：（1）銅和鐵離子反應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，則銅電極是負極，不如銅活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，負極上失電子發(fā)生氧化反應，正極上得電子發(fā)生還原反應；
（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的Fe³⁺失電子生成二價鐵離子；
②當三價鐵失電子后就是二價銅失電子，等Cu²⁺已完全析出時就應該為氫離子失電子生成氫氣，據(jù)此分析解答．

解答： 解：（1）銅和鐵離子反應生成亞鐵離子和銅離子，離子反應方程式為：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，則銅電極是負極，不如銅活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，所以X電極是負極，
負極上電極反應式為：Cu-2e^-═Cu²⁺，碳（石墨、金、鉑、銀）作正極，
故答案為：負極；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，反應式為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；陰極為陽離子氧化性最強的Fe³⁺失電子生成二價鐵離子，反應式為：4Fe³⁺+4e^-═4Fe²⁺，故答案為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；4Fe³⁺+4e^-═4Fe²⁺；
②當三價鐵失電子后就是二價銅失電子，等Cu²⁺已完全析出時就應該為氫離子失電子生成氫氣，所以當看到陰極（或銅電極）表面開始有氣泡生成時Cu²⁺已完全析出；
轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為三價鐵和二價銅失去的電子數(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．

點評：本題考查原電池原理、物質(zhì)的量的有關計算等知識點，根據(jù)原電池的構成條件、電極反應及原子守恒、電荷守恒來分析解答即可，難度不大．