2020年2月27日 星期四

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SO42-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。



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