某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案．请你帮助他们完成有关实验项目：方案Ⅰ：有人提出将形状和大小均相等的铁片和铜片，分别同时放

Question

某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案．请你帮助他们完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将形状和大小均相等的铁片和铜片，分别同时放入100ml2.0mol/L稀硫酸中，观察产生气泡的快慢，据此可以确定它们的金属活动性．该原理的离子方程式为：______；若反应进行到2min时共收集到标准状况下的气体1120ml，则用硫酸表示的该反应的反应速率为（溶液体积变化忽略不计）：______．
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性．试在下面的方框内画出你设计的原电池装置图，注明电解质溶液名称和正负极材料，标出电子流动方向，并写出电极反应式．
正极反应式：______．
负极反应式：______．
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案（与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同）：______，用离子方程式表示其反应原理：______．

Answer 1

Ⅰ：铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，离子方程式为Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑；
  1mol       22.4L   
  0.05mol    1.12L
所以消耗硫酸0.05mol，硫酸的反应速率=(△n)/(V△t)＝(0.05mol)/(0.1L.2min)＝0.25mol/L．min
故答案为：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；0.25mol/（L•min）；
Ⅱ：正极上氢离子得电子生成氢气，反应还原反应，电极反应式为2H⁺+2e^-═H₂↑；
负极上铁失电子生成二价铁离子，发生氧化反应，电极反应式为Fe-2e^-═Fe²⁺；
用铁、铜作电极，稀硫酸作电解质溶液设计原电池，铁的金属性比铜强，所以铁作负极，铜作正极，电子从负极沿导线流向正极．






故答案为：正极：2H⁺+2e^-═H₂↑；负极：Fe-2e^-═Fe²⁺；
Ⅲ：根据铁和铜的置换反应设计，设计方法如下：将铁片置于CuSO₄溶液中，一段时间后观察Fe表面有红色的金属铜析出，即可以证明金属铁的活泼性强于金属铜的；反应原理为：铁和铜离子发生氧化还原反应生成铜和二价铁离子．反应的离子方程式为：Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu．
故答案为：将铁片置于CuSO₄溶液中，一段时间后观察Fe表面有红色的金属铜析出，即可以证明金属铁的活泼性强于金属铜的；Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu．