Question

Ⅰ．工業(yè)上為實(shí)現(xiàn)廢舊印刷電路板的綜合利用，可用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液溶解處理產(chǎn)生的銅粉末，以制備硫酸銅．已知：
①Cu（s）+2H⁺（aq）=Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64.39kJ/mol
②Cu(s)+H2O2(l)+2H+(aq)=Cu2+(aq)+2H2O(l)     △H=-319.68kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.68kJ/mol
則4H₂O₂（l）=4H₂O（l）+2O₂（g）△H=

 

．
Ⅱ．固體氧化物燃料電池（SOFC）以固體氧化物作為電解質(zhì)．其工作原理如圖1所示．
①若以乙烯作為燃料氣，則在接觸面上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．固體氧化物的作用

 

（填“是”“否”或“不能確定”）讓電子在電池內(nèi)通過．

②若以此作為化學(xué)電源，用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時(shí)間后，向所得的溶液中加入0.15mol Cu₂（OH）₂CO₃后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH（不考慮二氧化碳的溶解）．則電解過程中共轉(zhuǎn)移電子數(shù)

 

．
Ⅲ．如圖2所示，甲池中電池反應(yīng)式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，已知A電極質(zhì)量不變，C，D為石墨電極，乙池中為100ml NaCl溶液（條件是常溫下）．
回答下列問題：
（1）A極為

 

極（填“正”或“負(fù)”），B極電極材料為

 

．
（2）B電極質(zhì)量3.2g時(shí)，此時(shí)乙池中電解液的pH為

 

（忽略反應(yīng)過程中溶液體積的變化及氣體的溶解情況）．
（3）實(shí)驗(yàn)中，欲從甲池反應(yīng)后的廢液中回收銅，并重新制得純凈的氯化鐵溶液，簡述操作步驟及有關(guān)反應(yīng)原理（用離子方程式表示）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理,反應(yīng)熱和焓變

專題：電化學(xué)專題

分析：Ⅰ．根據(jù)蓋斯定律，已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)系數(shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
Ⅱ①O^2-可以在固體氧化物內(nèi)部自由通過，乙烯在接觸面放電，發(fā)生氧化反應(yīng)，在O^2-存在情況下生成二氧化碳與水；
固體氧化物的作用阻止電子在電池內(nèi)通過；
②用惰性電極電解硫酸銅溶液，向所得的溶液中加入0.15mol Cu₂（OH）₂CO₃后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH，Cu₂（OH）₂CO₃與H₂SO₄反應(yīng)生成的硫酸銅、水、二氧化碳，故生成的硫酸銅、水與電解時(shí)反應(yīng)的硫酸銅、水對應(yīng)相等，Cu₂（OH）₂CO₃可以寫出CuO?Cu（OH）₂?CO₂，據(jù)此計(jì)算生成的水，氧化產(chǎn)物只有氧氣，由水電解生成，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量是水的2倍，據(jù)此計(jì)算；
Ⅲ．（1）甲池中電池反應(yīng)式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，A電極質(zhì)量不變，F(xiàn)e³⁺在A極放電，發(fā)生還原反應(yīng)，Cu發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，質(zhì)量減少，故B為Cu；
（2）根據(jù)n=

m

M

計(jì)算3.2gCu的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù)目，乙為電解池，發(fā)生反應(yīng)2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算生成n（NaOH），再計(jì)算c（NaOH），根據(jù)Kw=c（OH^-）?c（H⁺）計(jì)算c（H⁺），再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）；
（3）在廢液中加入足量的鐵屑，過濾后在濾渣中加入足量的鹽酸，過濾回收銅，將兩次濾液合并通入足量氯氣，即得到氯化鐵溶液．

解答： 解：Ⅰ．已知：①Cu（s）+2H⁺（aq）=Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64.39kJ/mol
②Cu(s)+H2O2(l)+2H+(aq)=Cu2+(aq)+2H2O(l)     △H=-319.68kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.68kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，②×4-①×4-③×2得4H₂O₂（l）=4H₂O（l）+2O₂（g），
故△H=（-319.68kJ/mol）×4-64.39kJ/mol×4-（-571.68kJ/mol）×2=-392.92kJ/mol，
故答案為：-392.92kJ/mol；
Ⅱ①O^2-可以在固體氧化物內(nèi)部自由通過，乙烯在接觸面放電，發(fā)生氧化反應(yīng)，在O^2-存在情況下生成二氧化碳與水，電極反應(yīng)式為：C₂H₄+6O^2--12e^-=2CO₂+2H₂O，固體氧化物的作用阻止電子在電池內(nèi)通過，
故答案為：C₂H₄+6O^2--12e^-=2CO₂+2H₂O；否；
②用惰性電極電解硫酸銅溶液，向所得的溶液中加入0.15mol Cu₂（OH）₂CO₃后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH，Cu₂（OH）₂CO₃與H₂SO₄反應(yīng)生成的硫酸銅、水、二氧化碳，故生成的硫酸銅、水與電解時(shí)反應(yīng)的硫酸銅、水對應(yīng)相等，Cu₂（OH）₂CO₃可以寫出CuO?Cu（OH）₂?CO₂，故0.15mol Cu₂（OH）₂CO₃與硫酸反應(yīng)生成水的物質(zhì)的量為0.15mol×3=0.45mol，氧化產(chǎn)物只有氧氣，由水電解生成，故轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.45mol×2×N_Amol^-1=0.9N_A，
故答案為：0.9N_A；
Ⅲ．（1）甲池中電池反應(yīng)式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，A電極質(zhì)量不變，F(xiàn)e³⁺在A極放電，發(fā)生還原反應(yīng)，A為正極，Cu發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，質(zhì)量減少，故B為Cu，
故答案為：正；Cu；
（2）3.2gCu的物質(zhì)的量為

3.2g

64g/mol

=0.05mol，轉(zhuǎn)移電子為0.05mol×2=0.1mol，乙為電解池，發(fā)生反應(yīng)2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知生成n（H₂）=0.05mol，故生成n（NaOH）=0.1mol，故c（OH^-）=

0.1mol

0.1L

=1mol/L，故c（H⁺）=

10-14

1

mol/L=10^-14mol/L，故pH=-lg10^-14=14，
故答案為：14；
（3）在廢液中加入足量的鐵屑，過濾后在濾渣中加入足量的鹽酸，過濾回收銅，將兩次濾液合并通入足量氯氣，即得到氯化鐵溶液，有關(guān)離子方程式為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，F(xiàn)e+Cu²+=Fe²⁺+Cu，2Fe²+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，
故答案為：在廢液中加入足量的鐵屑，過濾后在濾渣中加入足量的鹽酸，過濾回收銅，將兩次濾液合并通入足量氯氣，即得到氯化鐵溶液，有關(guān)離子方程式為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，F(xiàn)e+Cu²+=Fe²⁺+Cu，2Fe²+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-．

點(diǎn)評：本題是拼合型題目，涉及反應(yīng)熱的計(jì)算、原電池、電解池、化學(xué)計(jì)算等，題目綜合性較大，難度較大，Ⅱ②中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，注意根據(jù)氧化產(chǎn)物只有氧氣，水電解生成氧氣，據(jù)此計(jì)算，可以省略反應(yīng)過程的判斷，實(shí)際發(fā)生電解水生成氫氣與氧氣，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力．