Question

17．（1）圖a是根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄=Cu+ZnSO₄設(shè)計成的鋅銅原電池．電解質(zhì)溶液甲是ZnSO₄（填“ZnSO₄”或“CuSO₄”）溶液：Cu極的電極反應(yīng)式是Cu²⁺+2e^-=Cu．

（2）圖b中，Ⅰ是甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）的結(jié)構(gòu)示意圖，該同學(xué)想在Ⅱ中實現(xiàn)鐵上鍍銅．
①a處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
②若實驗過程中Ⅱ中的銅片質(zhì)量減少了6.4g，則Ⅰ中理論上消耗CH₄的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）0.56L．
③若圖二中的Ⅱ改為用惰性電極電解200mL 0.05mol/L的CuSO₄溶液，一段時間后溶液中的Cu²⁺恰好完全析出，恢復(fù)至室溫，溶液pH=1（忽略電解過程中溶液體積變化）；若將上述電解后的溶液恢復(fù)為與電解前的溶液相同，可以加入一定質(zhì)量的b（填序號）．
a．Cu b．CuO C．Cu（OH）₂ d．CuSO₄
（3）①FeCl₃可用作印刷電路銅板的腐蝕劑．
寫出FeCl₃溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺；
若將此反應(yīng)設(shè)計成原電池，該原電池的負(fù)極材料為Cu，正極上的電極反應(yīng)式為Fe³⁺+e^-=Fe²⁺．
②腐蝕銅板后的混合溶液中含Cu²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺的濃度均為0.10mol/L，請參照下表給出的數(shù)據(jù)和藥品，簡述除去CuCl₂溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的實驗步驟：①通入足量氯氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2-4.7；③過濾（除去Fe（OH）₃）．

離子（0.1mol/L）	Cu2+	Fe2+	Fe3+	提供的藥品（根據(jù)需要選擇使用）
氫氧化物開始沉淀pH	4.7	7.0	1.9	Cl2、NaOH溶液、CuO、Cu
氫氧化物沉淀完全pH	6.7	9.0	3.2

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄=Cu+ZnSO₄ 設(shè)計成的鋅銅原電池，則電解質(zhì)溶液甲是電極為硫酸鋅，鋅失電子為負(fù)極，Cu為正極，該電極上是銅離子得到電子；
（2）①鐵上鍍銅，則Cu為陽極，Cu電極與b相連，b為原電池的正極，正極上氧氣得電子，a為負(fù)極，負(fù)極上甲烷失電子；
②根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子守恒計算；
③結(jié)合2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，溶液中的Cu²⁺恰好完全析出計算反應(yīng)后溶液的pH，電解硫酸銅溶液，要想恢復(fù)到與電解前的溶液相同，應(yīng)加入CuO；
（3）①Fe³⁺有強(qiáng)氧化性，能把金屬銅氧化成銅離子；根據(jù)電池反應(yīng)式設(shè)計原電池，由發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)類型設(shè)計正負(fù)極，將發(fā)生氧化反應(yīng)的金屬單質(zhì)設(shè)計成負(fù)極，比負(fù)極不活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僭O(shè)計成正極，反應(yīng)物中的電解質(zhì)設(shè)計為電解質(zhì)溶液；
②先將將Fe²⁺轉(zhuǎn)化成Fe³⁺；再根據(jù)圖表條件溶液的pH值，三價鐵離子沉淀完全后，進(jìn)行過濾即可；

解答 解：（1）根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄=Cu+ZnSO₄ 設(shè)計成的鋅銅原電池，則鋅失電子為負(fù)極，Cu為正極，該電極上是銅離子得到電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：ZnSO₄；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（2）①鐵上鍍銅，則Cu為陽極，Cu電極與b相連，b為原電池的正極，即b處通入O₂，a處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②當(dāng)銅電極的質(zhì)量減輕6.4g，則n（Cu）=$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol，已知Cu電極的反應(yīng)為Cu-2e^-=Cu²⁺，所以轉(zhuǎn)移電子為0.2mol，燃料電池中CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，則n（CH₄）=$\frac{1}{8}$n（e^-）=0.025mol，所以消耗的CH₄在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.025mol×22.4L/mol=0.56L；
故答案為：0.56；
③溶液中的Cu²⁺恰好完全析出，則析出的n（Cu）=0.2L×0.05mol/L=0.01mol，則生成硫酸0.01mol，氫離子為0.02mol，c（H⁺）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，pH=1；電解硫酸銅溶液，溶液中的Cu²⁺恰好完全析出后，要想恢復(fù)到與電解前的溶液相同，應(yīng)加入CuO，
故答案為：1；b；
（3）①Fe³⁺有強(qiáng)氧化性，能把金屬銅氧化成銅離子，自身被還原成 Fe²⁺，反應(yīng)方程式為2FeCl₃+Cu=CuCl₂+2FeCl₂，離子方程式為：2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺，設(shè)計成原電池時，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，該電池反應(yīng)中三價鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以正極上的電極反應(yīng)式為Fe³⁺+e^-=Fe²⁺（或2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺），銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以負(fù)極上的電極反應(yīng)式為Cu=2Cu²⁺+2e^-（或Cu-2e^-=Cu²⁺）；電池反應(yīng)中發(fā)生氧化反應(yīng)的金屬作負(fù)極，所以銅作負(fù)極，不如負(fù)極活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，可選石墨作正極，發(fā)生還原反應(yīng)的電解質(zhì)溶液作原電池的電解質(zhì)溶液，
故答案為：2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺；Cu；Fe³⁺+e^-=Fe²⁺；
②根據(jù)圖表知，F(xiàn)e³⁺沉淀需要的PH值較小，與銅離子沉淀時的PH值相差較大，所以首先將二價鐵離子轉(zhuǎn)化為三價鐵離子，選取的試劑不能引進(jìn)新的雜質(zhì)離子，所以選取氯氣 作氧化劑；然后加熱氧化銅除去氯氣溶解生成的鹽酸，在PH值3.2時三價鐵離子完全沉淀，PH值4.7時銅離子開始沉淀，所以調(diào)節(jié)溶液的PH值至3.2-4.7；然后通過過濾除去生成的沉淀．
故答案為：①通入足量氯氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2-4.7；③過濾（除去Fe（OH）₃）．

點評 本題考查鹽類水解、原電池、電鍍原理、電解池 中電子守恒的計算、離子除雜分析等，是對所學(xué)知識的綜合考查，題目難度中等，電極過程中溶液PH計算、電極反應(yīng)式書寫為易錯點．