Question

CuSO₄溶液是中学化学及工业生产中常见的一种试剂．
（1）某同学配制CuSO₄溶液时，向盛有一定量硫酸铜晶体的烧杯中加入适量的蒸馏水，并不断搅拌，结果得到悬浊液．他认为是固体没有完全溶解，于是对悬浊液加热，结果发现浑浊更明显了，原因是

 

．最后，他向烧杯中加入了一定量的

 

溶液，得到了澄清的CuSO₄溶液．
（2）该同学利用制得的CuSO₄溶液及如图所示装置，进行以下实验探究．

①图一是根据反应Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄设计成的锌铜原电池．电解质溶液乙是

 

，Cu极的电极反应式是

 

．
②图二中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在装置Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是

 

（填“CH₄”或“O₂”），a处电极上发生的电极反应式是

 

；铁为电解池的

 

极，当铜电极的质量减轻3.2g时，则消耗的CH₄在标准状况下的体积为

 

L．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理,电解原理

专题：电化学专题

分析：（1）硫酸铜易水解生成氢氧化铜，应加入硫酸抑制水解；
（2）①原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应．根据反应Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，
②电镀时，镀件作电解池的阴极，发生还原反应，连接电源的负极；镀层金属铜作电解池的阳极，连接电源的正极；根据电子转移守恒计算甲烷的体积．

解答： 解：（1）硫酸铜为强酸弱碱盐，水解呈酸性，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加热促进铜离子水解，生成了更多的难溶物Cu（OH）₂，
配制水解呈酸性的溶液时应在相应酸的稀溶液中溶解，防止水解，硫酸铜为强酸弱碱盐，铜离子在溶液中发生水解生成氢氧化铜，应加入硫酸使其溶解，
故答案为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加热促进铜离子水解，生成了更多的难溶物Cu（OH）₂；硫酸；
（2）①根据反应Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，电解质为CuSO₄，铜离子在Cu电极上得电子析出Cu，电极反应式为Cu²⁺+2e^-═Cu，
故答案为：CuSO₄；Cu²⁺+2e^-═Cu；
②甲烷碱性燃料电池为电源，总电极反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，
电镀时，镀件铁作电解池的阴极，连接甲烷燃料电源的负极，所以a应通入CH₄，镀层金属作电解池的阳极，发生氧化反应，连接甲烷燃料电源的正极，所以b应通入O₂．所以甲烷碱性燃料电池a处电极上CH₄放电，发生氧化反应，电极反应式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
根据电子转移守恒8n（CH₄）=2n（Cu）=2×

3.2g

64g/mol

=0.1mol，
所以n（CH₄）=

1

80

mol，
所以v（CH₄）=

1

80

mol×22.4L/mol=0.28L．
故答案为：O₂；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；阴；0.28．

点评：本题考查原电池和电解原理，明确电池反应中元素的化合价变化发生的反应是解答的关键，注意放电顺序的应用及电子守恒，题目难度中等．