Question

已知在pH為4～5的溶液中，Cu²⁺幾乎不水解，而Fe³⁺幾乎完全水解．某學(xué)生擬用電解CuSO₄溶液的方法測定銅的相對原子質(zhì)量．其實驗流程如圖1所示：

試回答下列問題：
（1）步驟①所加入的A的化學(xué)式為

 

；加入A的作用是

 

；沉淀物B是

 

（填化學(xué)式）．
（2）步驟②中所用部分儀器如圖2所示：則A應(yīng)接直流電源的

 

極，B電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．
（3）下列實驗操作屬必要的是

 

（填字母）．
A．稱量電解前電極的質(zhì)量
B．電解后電極在烘干前，必須用蒸餾水沖洗
C．刮下電解后電極上的銅，并清洗、稱量
D．電極在烘干稱重的操作中必須按：烘干→稱重→再烘干→再稱重進(jìn)行兩次
E．在空氣中烘干電極時，必須采用低溫烘干法
（4）電解后向溶液中加入石蕊試液，觀察到的現(xiàn)象是

 

．
（5）銅的相對原子質(zhì)量的計算式為

 

．

Answer 1

分析：（1）pH為4～5的條件下，Cu²⁺幾乎不水解，而Fe³⁺幾乎完全水解，加入稍過量的CuO，可以得到純凈的硫酸銅溶液，故加入CuO調(diào)節(jié)pH值，F(xiàn)e³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去；
（2）電解生成銅與氧氣，故Cu電極連接電源的負(fù)極，石墨電極B連接電源的陽極，溶液中氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）需要準(zhǔn)確稱量生成銅的質(zhì)量，銅電極前后質(zhì)量之差為生成的Cu的質(zhì)量，Cu電解表面會附著離子，應(yīng)清洗除去，由于銅與氧氣發(fā)生反應(yīng)，在空氣存在情況下，應(yīng)低溫烘干，稱量兩次之差小于天平的感量，說明烘干．
（4）電解硫酸銅溶液生成Cu、氧氣與硫酸；
（5）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算Cu的相對原子質(zhì)量．

解答：解：（1）pH為4～5的條件下，Cu²⁺幾乎不水解，而Fe³⁺幾乎完全水解，加入稍過量的CuO，可以得到純凈的硫酸銅溶液，故加入CuO通過消耗H⁺而調(diào)整溶液的pH使之升高，使Fe³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去，
故答案為：CuO，調(diào)節(jié)溶液的pH在4～5之間使Fe³⁺完全水解，F(xiàn)e（OH）₃；
（2）電解生成Cu與氧氣，故Cu電解連接電源的負(fù)極，石墨電極連接電源的陽極，故A、B分別連直流電源的負(fù)極、正極，B電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O
故答案為：負(fù)；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（3）需要準(zhǔn)確稱量生成銅的質(zhì)量，銅電極前后質(zhì)量之差為生成的Cu的質(zhì)量，Cu電解表面會附著離子，應(yīng)清洗除去，由于銅與氧氣發(fā)生反應(yīng)，在空氣存在情況下，應(yīng)低溫烘干，稱量兩次之差小于天平的感量，說明烘干，故需要進(jìn)行ABDE操作，不需要進(jìn)行C操作，
故答案為：A、B、D、E；
（4）電解硫酸銅溶液生成Cu、氧氣與硫酸，電解的離子方程式為：2Cu²⁺+2H₂O

通電  .

2Cu↓+O₂↑+4H⁺，溶液顯酸性，加入石蕊試液變紅色；
故答案為：溶液變紅色；
（5）VmL氧氣的物質(zhì)的量為

V×10-3L

22.4L/mol

=

V

22400

mol，設(shè)Cu的相對原子質(zhì)量為Mr，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則：

m

Mr

×2=

V

22400

mol×4，解得Mr=

11200a

V

，
故答案為：

11200a

V

；

點評：本題以測定Cu的相對原子質(zhì)量為載體，考查電解原理、對工藝流程的理解、常用化學(xué)用語、化學(xué)計算等，難度中等，理解工藝流程是解題的關(guān)鍵，需要學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識分析、解決問題的能力．