Question

當pH為4～5時，Cu²⁺幾乎不水解，而Fe³⁺幾乎完全沉淀．某同學欲用電解純凈CuSO₄溶液的方法來測定銅的相對原子質(zhì)量．實驗過程中使用肼（N₂H₄）-空氣燃料電池作直流電源，其實驗過程如圖所示：

（1）步驟Ⅰ中所加A的化學式為

 

．
（2）肼-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是KOH溶液．肼-空氣燃料電池放電時，負極產(chǎn)生一種無污染的氣體，則負極的電極反應式是

 

，正極的電極反應式是

 

．
（3）步驟Ⅱ中所用的部分儀器如圖，則肼-空氣燃料電池中通入肼的一端應接

 

（填“銅”或“石墨”）電極．銅電極上的電極反應式為

 

．
（4）為達到實驗目的，下列實驗操作必須完成的是

 

（填字母）．
A．稱量電解前電極的質(zhì)量
B．電解后，電極在烘干稱重前必須用蒸餾水沖洗
C．刮下電解后電極上析出的銅，并清洗、稱重
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”進行
E．在有空氣存在的情況下，烘干電極必須采用低溫烘干的方法
（5）銅的相對原子質(zhì)量為

 

（用含有m、V的代數(shù)式表示）．

Answer 1

考點：電解原理

專題：電化學專題

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）肼-氧氣堿性燃料電池中，負極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應生成水和氮氣；正極氧氣發(fā)生還原反應；
（3）電解生成銅與氧氣，故Cu電極連接電源的負極，則肼-空氣燃料電池中通入肼的為負極應接銅電極，反應式為銅離子得電子發(fā)生還原反應；
（4）需要準確稱量生成銅的質(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，應清洗除去，由于銅與氧氣發(fā)生反應，在空氣存在情況下，應低溫烘干，稱量兩次之差小于天平的感量，說明烘干；
（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；
（2）肼-氧氣堿性燃料電池中，負極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應生成水和氮氣，電極反應式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，正極發(fā)生還原反應，電極方程式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（3）電解生成Cu與氧氣，故Cu電解連接電源的負極，則肼-空氣燃料電池中通入肼的為負極應接銅電極，反應式為Cu²⁺+2e^-═Cu；故答案為：銅；Cu²⁺+2e^-═Cu；
（4）需要準確稱量生成銅的質(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，應清洗除去，由于銅與氧氣發(fā)生反應，在空氣存在情況下，應低溫烘干，稱量兩次之差小于天平的感量，說明烘干，故需要進行ABDE操作，不需要進行C操作，
故答案為：A、B、D、E；
（5）VmL氧氣的物質(zhì)的量為

V×10 -3L

22.4L/mol

=

V

22400

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

m

M r

×2=

V

22400

mol×4，解得Mr=

11200m

V

，
故答案為：

11200m

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、常用化學用語、化學計算等，難度中等，理解工藝流程是解題的關(guān)鍵，需要學生具有扎實的基礎(chǔ)與綜合運用知識分析、解決問題的能力．