Question

（17分）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       (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为          ==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=     （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Ksp(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Cu²⁺。

Answer

（1）Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+

（2）①（见图）

②CH4 O2+4e-+2H2O 13

（3）存在溶解平衡：FeS(s) Fe 2+(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)+ Fe 2+(aq)解释]

【解析】

试题分析：（1）加入稀硫酸是为了抑制Cu2+的水解；（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；（3）应用了难溶电解质的沉淀溶解平衡，溶液中存在溶解平衡：FeS(s) Fe 2+(aq)+ S 2-(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。

考点：盐类水解、原电池原理及计算、难溶电解质的沉淀溶解平衡。