Question

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

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電池總反應式Cu+2FeCl₃═CuCl₂+2FeCl₂可知Cu元素化合價由0價變?yōu)?2價、Fe元素化合價由+3價變?yōu)?2價，所以Cu作負極，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，鹽橋中陽離子移向正極，陰離子移向負極，據(jù)此解題；
（2）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子與Cu的關系式計算消耗Cu的質(zhì)量；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子計算消耗的鐵離子物質(zhì)的量，再計算濃度的變化；
（3）正極發(fā)生的是化合價降低得電子的反應．

解答 解：（1）①根據(jù)電池總反應式Cu+2FeCl₃═CuCl₂+2FeCl₂可知Cu失電子作負極，電極反應為：Cu-2e^-═Cu²⁺；正極是三價鐵離子得電子生成亞鐵離子，電極反應為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，則Y是CuCl₂溶液，X是FeCl₃溶液，
故答案為：FeCl₃；CuCl₂；
③原電池工作時，鹽橋中的陽離子向正極移動，即X溶液方向移動，
故答案為：陽；
（2）根據(jù)負極反應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)生的是化合價降低得電子的反應，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：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O．

點評 本題考查了原電池的設計，根據(jù)方程式中元素化合價升降進行判斷，方程式中失電子化合價升高的金屬單質(zhì)作負極，得電子化合價降低的化合物為其電解質(zhì)，難度中等．