108國中會考自然科第35題

108國中會考自然科第35題

題目

圖(十六)分別為電解硫酸銅水溶液以及鋅銅電池的兩組實驗裝置示意圖，反應開始前，四支電極的質量都相同。反應經過一段時間後，取下四支電極烘乾後分別秤重，得知四支電極質量大小的關係為：碳棒甲＞電極丙＞碳棒乙＞電極丁。在上述反應中，哪兩支電極進行氧化反應？

(A)碳棒甲和電極丙
(B)碳棒甲和電極丁
(C)碳棒乙和電極丙
(D)碳棒乙和電極丁

答案

D

解析

本題主要是問電解硫酸銅水溶液與鋅銅電池的原理。

氧化反應：失去電子的反應。

還原反應：得到電子的反應。

電解硫酸銅水溶液：反應經過一段時間後，質量碳棒甲＞碳棒乙，表示碳棒甲有銅析出，質量增加，而碳棒乙有氧氣產生。

所以碳棒甲的半反應式：

                     Cu²⁺ + 2 e^－ → Cu  (還原反應)

        碳棒乙的半反應式：

                     2 H₂O → 4 H⁺ + O₂ + 4 e^－   (氧化反應)

鋅銅電池：反應經過一段時間後，質量電極丙＞電極丁，

表示電極丙有銅析出，質量增加，而電極丁質量會減輕。

所以電極丙的半反應式：

                     Cu²⁺ + 2 e^－ → Cu  (還原反應)

      電極丁的半反應式：

                Zn → Zn²⁺ + 2 e^－    (氧化反應)

選項(D) 碳棒乙和電極丁進行氧化反應是正確。

所以答案選D。


解題技巧

本題中的關鍵詞「碳棒甲＞電極丙＞碳棒乙＞電極丁」、「進行氧化反應」，進行還原反應會有銅析出，因此質量會增加，所以找質量較小的為進行氧化反應。

知識節點

電解硫酸銅水溶液

鋅銅電池

氧化還原反應

原理

一、伏打電池

    鋅銅電池：將兩種活性不同的金屬片鋅Zn、銅Cu分別插入電解質（甲燒杯硫酸鋅ZnSO₄、乙燒杯硫酸銅CuSO₄）溶液中，放入鹽橋U形管（硝酸鉀KNO₃水溶液），藉化學反應產生電流的裝置。

 1.電子流動的方向（電子流）

  活性大的金屬鋅Zn當『負極』，會放出電子，電子經外電路到達活性小的金屬銅Cu當『正極』。

 2.離子的移動方向

 （1）鹽橋U形管（硝酸鉀KNO₃水溶液）

硝酸鉀KNO₃水溶液會解離成K⁺與NO₃^－，K⁺會向乙燒杯移動，NO₃^－會向甲燒杯移動，

正離子（K⁺）移向正極。

        負離子（NO₃^－）移向負極。

 （2）溶液：

      負極：鋅板（Zn）放出電子產生鋅離子（Zn²⁺）。

                            Zn → Zn²⁺ + 2 e^－          

      正極：溶液中的銅離子（Cu²⁺）得到電子形成銅（Cu）析出。

（藍色硫酸銅CuSO₄水溶液顏色變淡）

   Cu²⁺ + 2 e^－ → Cu 

鋅銅電池
正、負極	正極Cu (活性小)	負極Zn (活性大)
電子流動方向	Zn  →  Cu
得、失電子	得到電子	失去電子
氧化、還原	還原反應	氧化反應
半反應式	Cu2+ + 2 e－ → Cu	Zn → Zn2+ + 2 e－
反應現象	銅析出	鋅溶解
水溶液 顏色變化	藍色變淡	無色
正、負極 重量變化	正極Cu銅變重	負極Zn鋅變輕
鹽橋內離子 移動方向	K+→正極	NO3－→負極

二、電解硫酸銅水溶液：以碳棒為電極

1.負極反應：銅離子Cu²⁺帶正電，移向負極，在負極得到電子而析出銅原子Cu。

              Cu²⁺ + 2 e^－ → Cu

2.正極反應：因H₂O比SO₄^2-更易失去電子，所以在正極產生氧氣。

  

2 H₂O → 4 H⁺ + O₂ + 4 e^－

 3.藍色硫酸銅水溶液變淡。

三、電解硫酸銅水溶液：以銅棒為電極

1.負極： Cu²⁺ + 2 e^－ → Cu

2.正極：  Cu  → Cu²⁺ + 2 e^－

3.硫酸銅水溶液藍色不變。

四、廣義的氧化還原定義

 1.涉及電子的得失：

 （1）氧化反應：失去電子的反應。

 （2）還原反應：得到電子的反應。

   舉例： Cu + 2 Ag⁺ → Cu²⁺ + 2 Ag

                氧化反應：Cu  → Cu²⁺ + 2 e^－

  還原反應： Ag⁺ + e^－ → Ag

        Cu：氧化反應 Þ 還原劑。

        Ag⁺：還原反應 Þ 氧化劑。