Question

如图所示，某化学兴趣小组设计了一个燃料电池，并探究氯碱工业原理和粗铜精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。根据要求回答相关问题:

(1)通入氧气的电极为_____(填“正极”或“负极”)，通氢气一极的电极反应式为_________________；

(2)铁电极为_______(填“阳极”或“阴极”)，乙装置中电解反应的化学方程式为_________________。

(3)若在标准状况下，有1.12 L氧气参加反应，丙装置中阴极增重的质量为______g；

(4)某粗铜中含有铁、金、银和铂等杂质，通过电解精制后，为从电解液中制得硫酸铜晶体(CuSO₄·5H₂O),设计了如下工艺流程:

已知:几种金属阳离子开始沉淀和沉淀完全的pH:

	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe^3+	1.9	3.2
Fe^2+	7.0	9.0
Cu^2+	4.7	6.7

①步骤I中加入试剂A的目的是_____________________________，试剂A应选择______(填序号);

a.氯气      b.过氧化氢     C.酸性高锰酸钾溶液

选择该试剂的原因_____________________________________________________；

②步骤II中试剂B为_________，调节pH的范围是___________；

③步骤III的操作是加热浓缩、_______、___________。

Answer

正极 H2-2e-+2OH-=2H2O 阴极 2NaCl+2H2O2NaOH+ C12↑+H2↑ 6.4 将Fe2+氧化为Fe3+ b 过氧化氢是绿色氧化剂，在氧化过程中不引入杂质，不产生污染 CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3 3.2≤pH<4.7 冷却结晶 过滤

【解析】

(1)氢氧燃料电池，氧气做正极，发生还原反应，氢气做负极，在碱性环境下发生氧化反应，极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O，正确答案：正极；H2-2e-+2OH-=2H2O。

(2) 氧燃料电池，氧气做正极，氢气做负极；铁与电源的负极相连，为电解池的阴极，阳极为石墨，电解饱和氯化钠溶液，阴极生成氢气和氢氧化钠，阳极产生氯气；正确答案：

阴极 ； 2NaCl+2H2O2NaOH+ C12↑+H2↑ ；

(3)丙装置为电解精炼铜，粗铜做阳极，溶液中铜离子得电子变为铜，根据电子转移总数相等：O2+4e-+2H2O=4OH-，Cu2++2e-=Cu，1.12 L氧气参加反应，转移电子0.2mol,生成铜0.1 mol，铜的质量6.4 g，正确答案6.4 g。

（4）①电解液中含有Fe2+、Cu2+、SO42-等离子，Fe2+的沉淀的pH 在7-9之间，Cu2+的沉淀的pH 在4.7-6.7之间，直接调整溶液的pH，在保证Fe2+沉淀的同时，Cu2+也变为沉淀，无法进行后续操作，因此需要把将Fe2+氧化为Fe3+，加入氧化剂为过氧化氢，因为过氧化氢是绿色氧化剂，在氧化过程中不引入杂质，不产生污染，正确答案：将Fe2+氧化为Fe3+； b ；过氧化氢是绿色氧化剂，在氧化过程中不引入杂质，不产生污染。

②加入试剂来调整溶液的pH，使溶液的酸性减弱，保证Fe3+沉淀完全，而Cu2+不产生沉淀，这样的试剂要满足不溶于水，能够与酸反应且反应后不引入新的杂质离子等，因此需要加入含有铜元素的化合物：CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3 等； 根据表中给定的数据得出调节溶液pH的范围3.2≤pH<4.7；正确答案：CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3； 3.2≤pH<4.7 。

③从硫酸铜溶液中得到硫酸铜固体，需要进行的操作为：配制成高温时的硫酸铜饱和溶液，降低温度，有固体析出，再进行过滤，洗涤、干燥、称重等操作；正确答案：冷却结晶 ；过滤。