Question

（17分）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

（17分）（1）Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+（2分）；

（2）（12分）①（見圖，共4分,標對1個2分）

②CH4（2分） O2+4e-+2H2O（3分）13（3分）；

（3）（3分）存在溶解平衡：FeS(s) Fe 2+(aq)+ S 2-(aq)[1分]，其中的Cu2+與S 2-生成了溶度積更小的CuS沉淀[1分]，使得上述溶解平衡繼續(xù)向右移動 [1分]。[或用平衡FeS(s)+Cu2+(aq)= CuS(s)+ Fe 2+(aq)解釋]

【解析】

試題分析：（1）CuSO4是強酸弱堿鹽，Cu2+水解消耗水電離產(chǎn)生的OH-，產(chǎn)生Cu(OH)2使溶液顯酸性，為了抑制鹽的水解，所以要加入少量的硫酸，用方程式表示是Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+；（2）①根據(jù)反應Fe+CuSO4=Cu+FeSO4設計成鐵銅原電池，則Fe要插在FeSO4溶液中，Cu插在CuSO4溶液中,用圖表示是；

②想在II中實現(xiàn)鐵上鍍銅，F(xiàn)e應該作陰極，與電池的負極連接，則應在a處通入CH4；在b處通入空氣，在b電極上發(fā)生的電極反應式為O2+4e-+2H2O =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，電解的方程式是：2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH，n(NaCl)=0.1mol，在陽極Cl-放電，若Cl-完全放電，應該產(chǎn)生氣體0.05mol,而實際產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量是n(氣體)=0.448L÷22.4L/mol=0.02mol<0.05mol，說明Cl-沒有反應完全。根據(jù)方程式可知：n(NaOH):n(Cl2)=2:1，n(Cl2)= 0.02mol，所以n(NaOH)=0.04mol,因此c(NaOH)= n(NaOH)÷V=0.04mol÷0.4L=0.1mol/L,所以c(H+)=Kw÷c(OH-)=1×10-13mol/L, pH=13；（3）當把FeS加入工業(yè)廢水中后，F(xiàn)eS在水中溶解、電離，存在溶解平衡：FeS(s) Fe 2+(aq)+ S 2-(aq)，由于在溶液中存在Cu2+，而且c(Cu2+)·c(S 2-)>Ksp(CuS)，所以其中的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)向右移動直至FeS全部轉(zhuǎn)化為CuS沉淀，從而除去溶液中Cu2+。

考點：考查鹽的水解、電化學反應原理的應用、溶液pH的計算、沉淀溶解平衡在處理廢水的應用的知識。