Question

某學生試圖用電解法根據電極上析出物質的質量來驗證阿佛加德羅常數值，其實驗方案的要點為：

①  用直流電電解氯化銅溶液，所用儀器如圖：

②在電流強度為I安培，通電時間為ts鐘后，精確測得某電極上析出的銅的質量為mg。

試回答：

（1）連接這些儀器的正確順序為（用圖中標注儀器接線柱的英文字母表示。下同）E接    ，C接    ，     接F。

實驗線路中的電流方向為    →    →    →C→      →    。

（2）寫出B電極上發生反應的離子方程式                            ，G試管中淀粉KI溶液變化的現象為           ，相應的離子方程式是                       。

（3）為精確測定電極上析出銅的質量，所必需的實驗步驟的先后順序應是          。（選填下列操作步驟的編號）

①稱量電解前電極的質量

②刮下電解后電極上的銅并清洗

③用蒸餾水清洗電解后電極

④低溫烘干電極后稱量

⑤低溫烘干刮下的銅后稱量

⑥再次烘干后稱量至恒重

（4）已知電子的電量為1.6×10^-19C。試列出阿佛加德羅常數的計算表達式：N_A                   。

Answer 1

（1）E接D、C接A、B接F；F→B→A→C→D→E

（2）2Cl^－-2e=Cl₂↑；變藍色；Cl₂+2I^－=2Cl^－+I₂

（3）①③④⑥

（4） 

解析:

本題將物理中電路連接與化學中儀器連接相結合，將電學知識與電解原理相結合，并設置一個利用電解方法來驗證阿佛加德羅常數的全新情境，具有一定的深度和靈活性。解題時應將理化相關知識有機融合，方能解決相關問題。

（1）由于U形管右側有一處理氣體的支管，所以可斷定B電極為有Cl₂生成的一極，即為陽極。顯然F應與B連接，A為陰極，結合安培計接入線路的物理知識，A應接C，D接E。

（2）電解CuCl₂，陰、陽兩極的電極反應式為：

陰極：Cu²⁺+2e=Cu；陽極：2Cl^－-2e=Cl₂↑

生成的Cl₂通入G試管，與KI反應，置換出I₂，I₂可使淀粉溶液呈現藍色。

（3）為了精確測定電極上析出的銅的質量，顯然應采用測定電解前后A電極的增重的方法。具體操作為：在電解前先稱量A電極的質量，電解后先用蒸餾水清洗電極（洗去附著的離子），然后需將電極烘干（除去附著的水），為防止Cu被氧化，應在低溫下烘干后再進行稱量，為防止誤差，還應再低溫烘干稱量，直至恒重。

（4）電解時，當電流強度為IA，通電時間為ts鐘內，通過的總電量為：Q=ItC，通過的電子的物質的量為mol。由題意知陰極析出mgCu，轉移的電子的物質的量為 。由上述分析可建立等式：，   由此式即可得N_A的表達式。