Question

某校化學研究性學習小組欲設計實驗驗證Fe、Cu的金屬活動性，他們提出了以下兩種方案．請你幫助他們完成有關實驗項目：
方案Ⅰ：有人提出將形狀和大小均相等的鐵片和銅片，分別同時放入100ml2.0mol/L稀硫酸中，觀察產生氣泡的快慢，據此可以確定它們的金屬活動性．該原理的離子方程式為：________；若反應進行到2min時共收集到標準狀況下的氣體1120ml，則用硫酸表示的該反應的反應速率為（溶液體積變化忽略不計）：________．
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設計成原電池，以確定它們的活動性．試在下面的方框內畫出你設計的原電池裝置圖，注明電解質溶液名稱和正負極材料，標出電子流動方向，并寫出電極反應式．
正極反應式：________．
負極反應式：________．
方案Ⅲ：結合你所學的知識，幫助他們再設計一個驗證Fe、Cu活動性的簡單實驗方案（與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同）：________，用離子方程式表示其反應原理：________．

Answer 1

Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；    0.25mol/（L?min）    2H⁺+2e^-═H₂↑    Fe-2e^-═Fe²⁺    將鐵片置于CuSO₄溶液中，一段時間后觀察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于金屬銅的    Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu
分析：方案Ⅰ：根據鐵與酸的反應分析并寫出離子方程式；
根據氫氣的體積計算消耗的硫酸的量，然后根據化學反應速率公式計算；
Ⅱ：根據正負極上得失電子寫出電極反應式；
Ⅲ：根據鐵、銅之間的置換反應設計；
解答：Ⅰ：鐵與稀硫酸反應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，硫酸的反應速率=
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，反應還原反應，電極反應式為2H⁺+2e^-═H₂↑；
負極上鐵失電子生成二價鐵離子，發(fā)生氧化反應，電極反應式為Fe-2e^-═Fe²⁺；
用鐵、銅作電極，稀硫酸作電解質溶液設計原電池，鐵的金屬性比銅強，所以鐵作負極，銅作正極，電子從負極沿導線流向正極．
故答案為：正極：2H⁺+2e^-═H₂↑；負極：Fe-2e^-═Fe²⁺；
Ⅲ：根據鐵和銅的置換反應設計，設計方法如下：將鐵片置于CuSO₄溶液中，一段時間后觀察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于金屬銅的；反應原理為：鐵和銅離子發(fā)生氧化還原反應生成銅和二價鐵離子．反應的離子方程式為：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于金屬銅的；Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu．
點評：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電極的正負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，鋁作負極．