Question

某校化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Fe、Cu的金屬活動(dòng)性，他們提出了以下兩種方案．請(qǐng)你幫助他們完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：
方案Ⅰ：有人提出將形狀和大小均相等的鐵片和銅片，分別同時(shí)放入100ml2.0mol/L稀硫酸中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此可以確定它們的金屬活動(dòng)性．該原理的離子方程式為：

Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；

；若反應(yīng)進(jìn)行到2min時(shí)共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體1120ml，則用硫酸表示的該反應(yīng)的反應(yīng)速率為（溶液體積變化忽略不計(jì)）：

0.25mol/（L?min）

．
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計(jì)成原電池，以確定它們的活動(dòng)性．試在下面的方框內(nèi)畫(huà)出你設(shè)計(jì)的原電池裝置圖，注明電解質(zhì)溶液名稱和正負(fù)極材料，標(biāo)出電子流動(dòng)方向，并寫(xiě)出電極反應(yīng)式．
正極反應(yīng)式：

2H⁺+2e^-═H₂↑

．
負(fù)極反應(yīng)式：

Fe-2e^-═Fe²⁺

．
方案Ⅲ：結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，幫助他們?cè)僭O(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證Fe、Cu活動(dòng)性的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案（與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同）：

將鐵片置于CuSO₄溶液中，一段時(shí)間后觀察Fe表面有紅色的金屬銅析出，即可以證明金屬鐵的活潑性強(qiáng)于金屬銅的

，用離子方程式表示其反應(yīng)原理：

Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu

．

Answer 1

分析：方案Ⅰ：根據(jù)鐵與酸的反應(yīng)分析并寫(xiě)出離子方程式；
根據(jù)氫氣的體積計(jì)算消耗的硫酸的量，然后根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率公式計(jì)算；
Ⅱ：根據(jù)正負(fù)極上得失電子寫(xiě)出電極反應(yīng)式；
Ⅲ：根據(jù)鐵、銅之間的置換反應(yīng)設(shè)計(jì)；

解答：解：Ⅰ：鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑；
  1mol       22.4L   
  0.05mol    1.12L
所以消耗硫酸0.05mol，硫酸的反應(yīng)速率=

△n

V△t

=

0.05mol

0.1L.2min

=0.25mol/L．min
故答案為：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；0.25mol/（L?min）；
Ⅱ：正極上氫離子得電子生成氫氣，反應(yīng)還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-═H₂↑；
負(fù)極上鐵失電子生成二價(jià)鐵離子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Fe-2e^-═Fe²⁺；
用鐵、銅作電極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液設(shè)計(jì)原電池，鐵的金屬性比銅強(qiáng)，所以鐵作負(fù)極，銅作正極，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極．






故答案為：正極：2H⁺+2e^-═H₂↑；負(fù)極：Fe-2e^-═Fe²⁺；
Ⅲ：根據(jù)鐵和銅的置換反應(yīng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方法如下：將鐵片置于CuSO₄溶液中，一段時(shí)間后觀察Fe表面有紅色的金屬銅析出，即可以證明金屬鐵的活潑性強(qiáng)于金屬銅的；反應(yīng)原理為：鐵和銅離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成銅和二價(jià)鐵離子．反應(yīng)的離子方程式為：Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu．
故答案為：將鐵片置于CuSO₄溶液中，一段時(shí)間后觀察Fe表面有紅色的金屬銅析出，即可以證明金屬鐵的活潑性強(qiáng)于金屬銅的；Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu．

點(diǎn)評(píng)：本題以原電池工作原理為載體判斷金屬的活潑性，在原電池中不能僅僅根據(jù)電極的正負(fù)極判斷金屬的活潑性，如：
在Mg-Al-NaOH溶液組成的原電池中，鎂的金屬性大于鋁，但鎂作正極，鋁作負(fù)極．