Question

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           (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设计的原电池，请在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    (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为          ；

若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1 mol NaCl溶液400 mL，当阳极产生的气体为448 mL(标准状况下)时，溶液的pH=  (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Cu^2＋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，Ksp(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Cu^2＋。

Answer

(14分)

（1）Cu2＋＋2H2OCu(OH)2＋2H＋ ；

（2）①

②CH4 O2＋4e－＋2H2O = 4OH－ 13；

（3）Cu2＋与S 2－生成了溶度积更小的CuS沉淀，使溶解平衡：FeS(s) Fe 2＋(aq)＋ S 2－(aq)向右移动

【解析】

试题分析：（1）CuSO4 属于强酸弱碱盐，Cu2＋水解生成Cu(OH)2 ，为了抑制Cu2＋的水解，常常在硫酸铜溶液中加入少量稀硫酸，所以其原因是Cu2＋＋2H2OCu(OH)2＋2H＋ ；

（2）①将Fe＋CuSO4=Cu＋FeSO4设计的原电池，铁比铜活泼做负极，插入硫酸亚铁溶液中，把铜插入硫酸铜溶液中，如图：

②要实现铁上镀铜，需铁做阴极，与燃料电池的负极相连，即通入甲烷的电极，则应在a处通入甲烷(CH4 )，b电极是燃料电池的正极，氧气在正极得电子，在碱性环境中与水反应，则b处电极上发生的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O = 4OH－；用惰性电极电解食盐水的电解方程式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极产生氯气，当阳极产生的氯气为448 mL(标准状况下)时，氯气的物质的量为0.02 mol，根据电解反应，同时生成NaOH0.04 mol，则溶液中c(OH－)=0.04 mol÷0.4 L=0.1 mol/L，pH=13.

（3）沉淀之间能够相互转化，只要Q＞Ksp，平衡就向生成沉淀的方向移动，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，当把FeS加入工业废水中后，Cu2＋与S 2－生成了溶度积更小的CuS沉淀，使溶解平衡：FeS(s) Fe 2＋(aq)＋ S 2－(aq)向右移动直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu2＋。

考点：考查溶液的配制，原电池的工作原理，沉淀溶解平衡的应用。