Question

【題目】如圖所示裝置，燒杯中盛有200mL1 mol/L的CuSO4溶液。

(1)正極材料為______，電池工作時SO42-向______移動（填Zn或Cu）。

(2)正極電極反應式為_______。

(3)若初始時Zn片與Cu片質量相等，實驗結束后，稱得兩極質量差為12.9g，則反應中轉移電子的物質的量為____，反應后溶液中溶質的物質的量濃度為________（忽略溶液體積的變化）。

Answer 1

【答案】Cu Zn Cu2++2e-=Cu 0.2mol c(ZnSO4)=0.5 mol/L，c(CuSO4)=0.5 mol/L

【解析】

(1)該裝置是原電池，Zn易失電子作負極、Cu作正極，負極反應式為Zn-2e-=Zn2+、正極反應式為Cu2++2e-=Cu結合同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則判斷陰離子移動方向；

(2)在正極上溶液中的Cu2+獲得電子，發生還原反應；

(3)負極上鋅逐漸溶解、正極上析出Cu，所以兩極質量差等于溶解鋅的質量和析出銅的質量之和，再結合轉移電子相等進行計算；根據原子守恒計算硫酸鋅、硫酸銅濃度。

(1)該裝置是原電池，由于金屬活動性Zn>Cu，所以Zn易失電子作負極、Cu作正極。負極上鋅失電子發生氧化反應生成鋅離子，所以負極反應式為Zn-2e-=Zn2+、SO42-帶負電荷，會向正電荷較多的負極區Zn電極方向移動；

(2)正極Cu上溶液中銅離子得電子發生還原反應生成Cu，所以正極反應式為Cu2++2e-=Cu；

(3)負極上鋅逐漸溶解、正極上析出Cu，所以兩極質量差等于溶解鋅的質量和析出銅的質量之和，設溶解鋅的物質的量為xmol，根據轉移電子守恒可知：正極上析出Cu的物質的量也是xmol，則兩個電極的質量差(65+64)g/mol×xmol=12.9g，解得x=0.1mol，所以轉移電子的物質的量=0.1mol×2=0.2mol；溶解鋅的物質的量為0.1mol、析出Cu的物質的量為0.1mol，則溶液中還剩余硫酸銅的物質的量為0.2L×1mol/L-0.1mol=0.1mol，根據原子守恒知，溶液中c(ZnSO4)==0.5 mol/L，c(CuSO4)=0.5 mol/L。