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将质量相等的铁片和铜片用导线相连浸入500mL硫酸铜溶液中构成如图的装置.(1)铁片上的电极反应式为,铜片周围溶液会出现的现象.(2)若2min后测得铁片和铜片之间的质量差
题目详情
将质量相等的铁片和铜片用导线相连浸入500mL硫酸铜溶液中构成如图的装置.
(1)铁片上的电极反应式为______,铜片周围溶液会出现______的现象.
(2)若2min后测得铁片和铜片之间的质量差为1.2g,则导线中流过的电子为______mol,该段时间内用硫酸铜表示的平均反应速率为______
(3)若一段时间后测得铁片减少了2.4g,同时铜片增加了3.2g,则这段时间内该装置消耗的化学能有______%转化为电能.
(4)若将该装置改为如下图所示的装置也能达到和原装置相同的作用,同时能保证停止使用该装置时反应物不损耗,KCl溶液起沟通两边溶液形成闭合回路的作用,则硫酸铜溶液应该注入______(填“左侧”、“右侧”或“两侧”)烧杯中,若2min内铁片减少了2.8g,则中间U形管中K+的流速是______mol/min.(以上均假设反应过程中溶液体积不变).
(1)铁片上的电极反应式为______,铜片周围溶液会出现______的现象.
(2)若2min后测得铁片和铜片之间的质量差为1.2g,则导线中流过的电子为______mol,该段时间内用硫酸铜表示的平均反应速率为______
(3)若一段时间后测得铁片减少了2.4g,同时铜片增加了3.2g,则这段时间内该装置消耗的化学能有______%转化为电能.
(4)若将该装置改为如下图所示的装置也能达到和原装置相同的作用,同时能保证停止使用该装置时反应物不损耗,KCl溶液起沟通两边溶液形成闭合回路的作用,则硫酸铜溶液应该注入______(填“左侧”、“右侧”或“两侧”)烧杯中,若2min内铁片减少了2.8g,则中间U形管中K+的流速是______mol/min.(以上均假设反应过程中溶液体积不变).
▼优质解答
答案和解析
(1)装置没有外加电源,属于原电池,活泼金属锌做负极,本身失电子,Fe-2e-=Fe2+,正极上是铜离子得电子,所以铜离子在该极附近溶度减小,溶液颜色变浅,故答案为:Fe-2e-=Fe2+;颜色变浅;
(2)铁电极发生的反应为:Fe-2e-→Fe2+,正极上是铜离子得电子,电极反应为:Cu2++2e-=Cu,设转移电子为n,则铁质量减少28n,Cu电极质量增加32n,铁片和铜片之间的质量差为28n+32n=60n=1.2g,所以n=0.02mol,所以铜离子浓度减少量为0.01mol,所以该段时间内用硫酸铜表示的平均反应速率v=
=0.01mol•L-1•min-1,故答案为:0.02;0.01mol•L-1•min-1;
(3)铁电极的电子一部分传给铜电极,发生原电池反应.同时铁电极上也发生置换反应.电极反应:Fe-2e-→Fe2+,Cu2++2e-=Cu,铜电极增加3.2g,即0.05mol,同时铁电极原电池反应产生0.05molFe2+,即铁电极减少56g/mol×0.05
mol=2.8g,但是铁片只减少了2.4g,因为铁片有一部分直接发生置换反应,有铜生成,所以质量增加了,这部分铁的化学能没有转化为电能,所以有2.8g-2.4g=0.4g的质量差,设有xmol铁直接参与置换反应,
Cu2++Fe=Cu+Fe2+△m
1mol 64 8
x 0.4
计算得x=0.05mol,即直接发生置换反应的铁为0.05mol,参与原电池反应的铁也是0.05mol,所以该装置消耗化学能有50%转化为电能,故答案为:50;
(4)盐桥原电池中,金属电极插入含有该电极金属阳离子的盐溶液中,所以硫酸铜溶液应该注入右侧烧杯中,若2min内铁片减少了2.8g,该段时间内用亚铁离子表示的平均反应速率v=
=0.05mol•L-1•min-1,则中间U形管中K+的流速是0.05mol/min,故答案为:右;0.05.
(2)铁电极发生的反应为:Fe-2e-→Fe2+,正极上是铜离子得电子,电极反应为:Cu2++2e-=Cu,设转移电子为n,则铁质量减少28n,Cu电极质量增加32n,铁片和铜片之间的质量差为28n+32n=60n=1.2g,所以n=0.02mol,所以铜离子浓度减少量为0.01mol,所以该段时间内用硫酸铜表示的平均反应速率v=
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2min |
(3)铁电极的电子一部分传给铜电极,发生原电池反应.同时铁电极上也发生置换反应.电极反应:Fe-2e-→Fe2+,Cu2++2e-=Cu,铜电极增加3.2g,即0.05mol,同时铁电极原电池反应产生0.05molFe2+,即铁电极减少56g/mol×0.05
mol=2.8g,但是铁片只减少了2.4g,因为铁片有一部分直接发生置换反应,有铜生成,所以质量增加了,这部分铁的化学能没有转化为电能,所以有2.8g-2.4g=0.4g的质量差,设有xmol铁直接参与置换反应,
Cu2++Fe=Cu+Fe2+△m
1mol 64 8
x 0.4
计算得x=0.05mol,即直接发生置换反应的铁为0.05mol,参与原电池反应的铁也是0.05mol,所以该装置消耗化学能有50%转化为电能,故答案为:50;
(4)盐桥原电池中,金属电极插入含有该电极金属阳离子的盐溶液中,所以硫酸铜溶液应该注入右侧烧杯中,若2min内铁片减少了2.8g,该段时间内用亚铁离子表示的平均反应速率v=
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