Question

銅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的用途．
（1）配制CuSO₄溶液時需加入少量稀H₂SO₄，其原因是

 

（只寫離子方程式）．
（2）某同學利用制得的CuSO₄溶液，進行以下實驗探究．
①圖甲是根據(jù)反應Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄設計成鐵銅原電池，請圖甲中的橫線上完成標注．

②圖乙中，Ⅰ是甲烷燃料電池的示意圖，該同學想在Ⅱ中實現(xiàn)鐵上鍍銅，則應在a處通入

 

 （填“CH₄”或“O₂”），b處電極上發(fā)生的電極反應式為

 

═4OH^-；
若把Ⅱ中電極均換為惰性電極，電解液換為含有0.1molNaCl溶液400mL，當陽極產(chǎn)生的氣體為448mL（標準狀況下）時，溶液的pH=

 

（假設溶液體積變化忽略不計）．
（3）電池生產(chǎn)工業(yè)廢水中常含有毒的Cu²⁺等重金屬離子，常用FeS等難溶物質(zhì)作為沉淀劑除去[室溫下Ksp（FeS）=6.3×10^-18mol²?L^-2，Ksp（CuS）=1.3×10^-36mol²?L^-2]．請結合離子方程式說明上述除雜的原理：當把FeS加入工業(yè)廢水中后，

 

直至FeS全部轉(zhuǎn)化為CuS沉淀，從而除去溶液中Cu²⁺．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,鹽類水解的原理,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：

分析：（1）CuSO₄溶液中銅離子能夠水解生成沉淀；
（2）①鐵銅原電池中Fe為負極；②鐵上鍍銅，銅作陽極，鐵作陰極；②a為甲烷，b為氧氣，據(jù)電解質(zhì)溶液顯堿性書寫電極反應式；陽極產(chǎn)生的氣體為氯氣，其體積為448mL（標準狀況下），據(jù)此計算生成NaOH的物質(zhì)的量，計算pH；
（3）沉淀轉(zhuǎn)移的方向是向著更難溶的方向移動，通過Ksp的大小可知那種物質(zhì)更加難溶．

解答： 解：（1）CuSO₄溶液中銅離子能夠水解生成沉淀，加入硫酸是抑制銅離子水解，離子方程式為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，
故答案為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；
（2）①鐵銅原電池中Fe為負極，據(jù)圖中左池電解質(zhì)溶液確定，左側(cè)金屬為Fe，右側(cè)電解質(zhì)溶液為CuSO₄溶液，故答案為：Fe；CuSO₄溶液；
②鐵上鍍銅，則Cu為陽極，Cu電極與b相連，b為原電池的正極，a為負極，a處通入CH₄，即b處通入O₂，b處電極上發(fā)生的電極反應式是O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
n（Cl₂）=448÷22400=0.02（mol）
由：2NaCl+2H₂O

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH
                1           2
電解產(chǎn)生n（OH^-）=0.02mol×2=0.04mol
c（OH^-）=0.04mol÷（400 mL/1000mL?L^-1）=0.1mol?L^-1
p（OH）=-lg0.1=1 pH=14-1=13
故答案為：CH₄；O₂+4e^-+2H₂O；13；
（3）由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），所以在相同條件下CuS的溶解度更小，沉淀會向著生成CuS的方向進行，故離子方程式為FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq），
故答案為：存在溶解平衡：FeS（s）?Fe²⁺（aq）+S^2-（aq），其中的Cu²⁺與S^2-生成了溶度積更小的CuS沉淀，使得上述溶解平衡繼續(xù)向右移動．[或用平衡FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq）解釋]．

點評：本題考查了鹽類水解、電解計算、沉淀轉(zhuǎn)化關系的分析等，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．