Question

如图所示，金属杆ab放在两水平放置的长直平行金属导轨上，导轨电阻不计，导轨间的宽度为1.0m，其间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1.0T，现用导线与插入电解槽中的两惰性电极C，D相连，回路的总电阻为2Ω，电解液为500mL的CuSO₄溶液，现对棒施加一大小为3N的水平恒力，棒恰好开始运动，最后达到稳定状态，从棒开始运动到棒达到稳定状态的过程中，C，D中的某电极增重3.2mg．(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积的变化)

(1)写出电极D的反应式；
(2)写出电解CuSO₄溶液的化学方程式；
(3)棒达到稳定状态时的速度为多大？
(4)ab棒刚达到稳定速度时，溶液中氢离子浓度约为多少？
(5)从棒开始运动到达到稳定过程中，棒ab移动的距离？
 

Answer 1

（1）4OH^－－4e＝O₂↑＋2H₂O．
（2）2CuSO₄＋2H₂O2Cu＋2H₂SO₄＋O₂↑
(3) v＝6m/s    (4) 2×10^－4mol/L    (5) 19.2m

巧解分析：导体在外力作用下运动，导体中产生感应电流，由物理知识得出电极正负，再结合化学知识解答．
　　(1)ab棒在外力作用下向右运动，导体中就会有感应电流产生，由右手定则可知C为阴极，D为阳极，电解槽中的离子为Cu²⁺，，H⁺，OH^－，在阴极Cu²⁺比H⁺易得到电子；在阳极，OH^－比易失去电子，D极的电极反应式为：4OH^－－4e＝O₂↑＋2H₂O．
　　(2)化学反应方程式：2CuSO₄＋2H₂O2Cu＋2H₂SO₄＋O₂↑．
　　(3)棒最终做匀速运动，即为稳定状态，满足：F＝BIl＝B··l．
　　代入数据得：v＝6m/s．
　　(4)根据电解反应关系式Cu2H⁺可知，每生成64g Cu将同时生成2mol H⁺，故
　　[H⁺]＝＝2×10^－4mol/L．
　　(5)由电极C的电极反应式Cu²⁺＋2e^－＝Cu可知，每生成1mol Cu需要2mol电子，而在该过程中生成的铜为：＝5×10^－5mol．
　　故其间有q＝2×1.6×10^－19×6.02×10²³×5×10^－5＝9.63C的电量流过棒ab，则由
　　q＝IΔt＝，得s＝＝19.2m．
★ 试题错析： 思维诊断：本题综合程度较高，而解决这类问题的关键就是要抓住通过电解液的电量这一物理、化学知识联系的交叉点．