Question

5．铜在工农业生产中有着广泛的用途．
（1）配制CuSO₄溶液时需加入少量稀H₂SO₄，其原因是Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺（只写离子方程式）．
（2）某同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究．
①图甲是根据反应Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄设计成铁铜原电池，请图甲中的横线上完成标注．

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入CH₄ （填“CH₄”或“O₂”），b处电极上发生的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1molNaCl溶液400mL，当阳极产生的气体为448mL（标准状况下）时，溶液的pH=13（假设溶液体积变化忽略不计）．
（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下K_sp（FeS）=6.3×10^-18mol²•L^-2，K_sp（CuS）=1.3×10^-36mol²•L^-2]．请结合离子方程式说明上述除杂的原理：当把FeS加入工业废水中后，直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu²⁺．

Answer 1

分析 （1）加入稀硫酸是为了抑制Cu²⁺的水解；
（2）①铁铜原电池中Fe为负极；②铁上镀铜，铜作阳极，铁作阴极；②a为甲烷，b为氧气，据电解质溶液显碱性书写电极反应式；阳极产生的气体为氯气，其体积为448mL（标准状况下），据此计算生成NaOH的物质的量，计算pH；
（3）沉淀转移的方向是向着更难溶的方向移动，通过Ksp的大小可知那种物质更加难溶．

解答 解：（1）CuSO₄溶液中铜离子能够水解生成沉淀，加入硫酸是抑制铜离子水解，离子方程式为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，
故答案为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；
（2）①图乙在Fe上镀铜，所以Fe作阴极，故答案为：
②图乙在Fe上镀铜，所以Fe作阴极，则连接的为燃料电池的负极，应通入CH₄，b极通入O₂发生还原反应：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；电解池中均为惰性电极时，阳极的电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑．由电极反应式计算消耗的H⁺为0.04mol，则生成的OH^-为0.04mol，c（OH^-）=0.1mol/L，则c（H⁺）=10^-13mol/L，pH=13，故答案为：CH₄；O₂+4e^-+2H₂O；13；
（3）由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），所以在相同条件下CuS的溶解度更小，沉淀会向着生成CuS的方向进行，故离子方程式为FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq），Cu²⁺与S^2-反应可生成溶度积更小的CuS沉淀，使得上述溶解平衡继续向右移动，
故答案为：存在溶解平衡：FeS（s）?Fe²⁺（aq）+S^2-（aq），其中的Cu²⁺与S^2-生成了溶度积更小的CuS沉淀，使得上述溶解平衡继续向右移动．[或用平衡FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq）解释]

点评 本题考查了盐类水解、原电池原理及计算、难溶电解质的沉淀溶解平衡，掌握基础是解题关键，题目难度中等．