Question

某学生欲用电解纯净CuSO₄ 溶液的方法来测定铜的相对原子质量。其实验过程如图所示：

（1）步骤①所加的A的化学式为           ；已知：常温下Fe(OH)₃的溶度积K_sp=8.0×10^-38，Cu(OH)₂的溶度积K_sp=3.0×10^-20，通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol·L^－1时就认为沉淀完全，设溶液中CuSO₄的浓度为3.0 mol·L^－1，则加入A调pH范围是_____     ___    (已知lg2=0.3)

（2）步骤②中所用的部分仪器如右图：则A应接在直流电源的        极(填“正”或“负” )。

（3）石墨电极上的电极反应式                   。

（4）下列实验操作中必要的是(填字母)            。

A．称量电解前电极的质量

B．电解后，电极在烘干称重前，必须用蒸馏水冲洗

C．刮下电解后电极上析出的铜，并清洗、称重

D．电极在烘干称重的操作中必须按“烘干→称重→再烘干→再称重”进行

E．在有空气存在的情况下，烘干电极必须采用低温烘干的方法

（5）铜的相对原子质量为                    (用带有n、V的计算式表示)。

（6）若②用甲醇—O₂—熔融碳酸盐电池提供电能，写出该电池负极的电极反应式                

Answer

(14分)

（1）CuO； 3.3—4

（2）负；

（3）4OH－-4e－=2H2O+O2↑

（4）A、B、D、E；

（5）11200n/V

（6）CH3OH–6e- +3CO32-==4CO2 +2 H2O

【解析】

试题分析：（1）pH为4～5的条件下，Cu2+几乎不水解，而Fe3+几乎完全水解，加入稍过量的CuO，可以得到纯净的硫酸铜溶液，故加入CuO通过消耗H+而调整溶液的pH使之升高，使Fe3+完全水解形成Fe(OH)3沉淀而除去；

Cu(OH)2的溶度积Ksp=3.0×10-20，溶液中CuSO4的浓度为3.0mol•L-1，c(Cu2+)=3.0mol•L-1；依据溶度积常数c(Cu2+)×c2(OH-)=3.0×c2(OH-)=3.0×10-20 ；c2(OH-)==10-20；得到c(OH-)=10-10mol/L，

依据水溶液中的离子积c(H+)×c(OH-)=10-14；c(H+)=10-4mol/L，溶液pH=4，

则Cu(OH)2开始沉淀时溶液的pH为4；

残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol•L-1时就认为沉淀完全，常温下Fe(OH)3的溶度积Ksp=8.0×10-38，c(Fe3+)×c3(OH-)=1×10-5×c3(OH-)=8.0×10-38，c3(OH-)=mol/L=8×10-33mol/L，得到c(OH-)=2×10-11mol/L，

依据水溶液中的离子积c(H+)×c(OH-)=10-14；c(H+)=5×10-4mol/L，溶液pH=3.3，

则Fe(OH)3沉淀完全时溶液的pH为3.3；故加入A调pH范围是3.3—4，

故答案为：CuO；3.3—4；

（2）电解生成Cu与氧气，故Cu电解连接电源的负极，故答案为：负；

（3）石墨是电解池的阳极，溶液中的氢氧根离子放电生成氧气，发生氧化反应，电极反应式4OH－-4e－=2H2O+O2↑，故答案为：4OH－-4e－=2H2O+O2↑；

（4）需要准确称量生成铜的质量，铜电极前后质量之差为生成的Cu的质量，Cu电解表面会附着离子，应清洗除去，由于铜与氧气发生反应，在空气存在情况下，应低温烘干，称量两次之差小于天平的感量，说明烘干，故需要进行ABDE操作，不需要进行C操作，故答案为：A、B、D、E；

（5）VmL氧气的物质的量为=mol，设Cu的相对原子质量为Mr，根据电子转移守恒，则：×2=mol×4，解得Mr=，故答案为：；

（6）甲醇—O2—熔融碳酸盐电池提供电能，负极上甲醇失去电子结合碳酸根离子生成二氧化碳和水，发生氧化反应，电极反应式为CH3OH–6e- +3CO32-==4CO2 +2 H2O，故答案为：CH3OH–6e- +3CO32-==4CO2 +2 H2O。

考点：考查了化学实验的流程、相对原子质量的测定、电化学等相关知识。