Question

【題目】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。

(1)方案Ⅰ：有人提出將大小相等的鐵片和銅片同時放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產生氣泡的快慢，據此確定它們的活動性。該原理的離子方程式為_________________________。

(2)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原電池裝置圖，標出原電池的電極材料和電解質溶液，并寫出電極反應式______________________________________。

(3)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

【答案】Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 正極反應：2H＋＋2e－===H2↑；負極反應：Fe－2e－===Fe2＋ 把鐵片插入CuSO4溶液中，一段時間后，觀察鐵片表面是否生成紅色物質 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu

【解析】

(1)方案Ⅰ：根據鐵與酸的反應分析并寫出離子方程式；

(2)方案Ⅱ：根據正負極上得失電子寫出電極反應式；

(3)方案Ⅲ：根據鐵、銅之間的置換反應設計。

(1)方案Ⅰ：金屬的活動性越強，與酸反應越劇烈，產生H2的速率越快，Fe能與H＋反應生成H2：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，Cu不與H＋反應，無明顯現象，所以Fe的活動性大于Cu的。

(2)方案Ⅱ：利用原電池中相對活潑金屬失去電子為原電池負極，相對不活潑的金屬為原電池的正極來判斷金屬活動性的相對強弱，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，發生氧化反應，電極反應式為Fe2e===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：；

(3)方案Ⅲ：可根據活動性強的金屬能將活動性弱的金屬從其鹽溶液中置換出來設計實驗，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。