Question

【題目】CuSO4溶液是中學(xué)化學(xué)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的一種試劑。

(1)某同學(xué)配制CuSO4溶液時(shí)，向盛有一定量硫酸銅晶體的燒杯中加入適量的蒸餾水，并不斷攪拌，結(jié)果得到懸濁液。他認(rèn)為是固體沒有完全溶解，于是對(duì)懸濁液加熱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)渾濁更明顯了。原因是（用離子方程式和簡(jiǎn)要文字說(shuō)明表示）___________________________，最后，他向燒杯中加入了一定量的_________________溶液，得到了澄清的CuSO4溶液。

(2)該同學(xué)利用制得的CuSO4溶液，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)探究。

①圖一是根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4設(shè)計(jì)成的鋅銅原電池。電解質(zhì)溶液乙是______溶液，Cu極的電極反應(yīng)式是____________________。

②圖二中，Ⅰ是甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的結(jié)構(gòu)示意圖，該同學(xué)想在Ⅱ中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，則Fe電極為__________(填“陽(yáng)極”或“陰極”)。若銅電極的質(zhì)量減輕3.2 g，則消耗的CH4在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為___________L。

Answer 1

【答案】Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+，升高溫度水解程度增大，產(chǎn)生更多難溶性的Cu(OH)2 H2SO4 CuSO4 Cu2++2e-=Cu 陰極 0.28L

【解析】

(1)硫酸銅是強(qiáng)酸弱堿鹽，在硫酸銅溶液中，銅離子水解產(chǎn)生Cu(OH)2和硫酸，使得溶液顯酸性；

(2)①負(fù)極為Zn，電解質(zhì)溶液中含鋅離子；Cu為正極，銅離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；

②鐵上鍍銅，則Cu為陽(yáng)極，Fe為陰極，Cu電極與b相連，b為原電池的正極，a為負(fù)極，據(jù)此解答。

(1) 硫酸銅是強(qiáng)酸弱堿鹽，在硫酸銅溶液中，Cu2+發(fā)生水解反應(yīng)，消耗水電離產(chǎn)生的OH-，促進(jìn)了水的電離，水解的離子方程式為：Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+，水解生成氫氧化銅在水中溶解度小，使得溶液變渾濁，由于水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以升高溫度，水解平衡右移，因此看到渾濁更明顯了；由于水解使溶液顯酸性，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，同時(shí)不能引入雜質(zhì)，則可以加入少量硫酸來(lái)抑制鹽的水解；

(2)①根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4可知：Zn在反應(yīng)中失去電子，被氧化，所以Zn為負(fù)極，電解質(zhì)溶液中的Cu2+得電子生成銅，Cu為正極，Cu2+在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；電極反應(yīng)式為Cu2++2e-=Cu，所以電解質(zhì)溶液乙為CuSO4溶液；

②鐵上鍍銅，則Fe為陰極，Fe電極上發(fā)生的反應(yīng)為：Cu2++2e-=Cu；與Fe電極連接的a為負(fù)極，a處通入CH4氣體，CH4失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，由于電解質(zhì)溶液為堿性，所以負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；Cu為陽(yáng)極，Cu電極上發(fā)生的反應(yīng)為：Cu-2e-=Cu2+，Cu電極與b相連，b為原電池的正極，即b處通入O2，若銅電極的質(zhì)量減輕3.2 g，n(Cu)=3.2g÷64g/mol=0.05mol，n(e-)=0.05mol×2=0.10mol，在整個(gè)閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，根據(jù)負(fù)極電極反應(yīng)式CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O可知：1molCH4反應(yīng)失去8mol電子，則反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗甲烷的物質(zhì)的量為n(CH4)=0.1mol÷8=0.0125mol，則消耗的CH4在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為V=0.0125mol×22.4L/mol=0.28L。