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”），此电极反应式为_________。

（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）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^＋	7.6	9.6
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

②步骤II中试剂B为_________（答出一种即可），调节pH的范围是___________；

③步骤III的操作是加热浓缩、___________、过滤。

Answer

正极 O2+4e－＋2H2O＝4OH－ 阴极 2NaCl＋2H2O2NaOH＋C12↑＋H2↑ 将Fe2＋氧化为Fe3＋ b CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3 3.2≤pH<4.7 冷却结晶

【解析】

（1）燃料电池中通入氧气的电极是正极，正极上得电子发生还原反应，负极上燃料失电子发生氧化反应；

（2）铁电极作阴极，碳作阳极，乙装置中电解氯化钠饱和溶液时，阳极上氯离子放电；

（3）利用电解法进行粗铜提纯时粗铜应作阳极，精铜作阴极，已知金属的活动性顺序为Fe>Cu>Ag>Pt>Au，因此在电解过程中Ag、Pt、Au不会失去电子，而是形成阳极泥，双氧水具有氧化性，可以将亚铁离子氧化为三价铁离子，且不会引进杂质离子，实现固体和液体的分离采用的方法是过滤，调节pH时溶度积小的先形成沉淀析出，以此分析。

（1）燃料电池中通入氧化剂氧气的电极是正极，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为

故答案为：正极；；

（2）铁电极连接原电池负极而作电解池阴极，碳作阳极，电解氯化钠饱和溶液时，电解反应的化学方程式为： ，

故答案为：阴极；；

（3）①步骤I中加入试剂A是过氧化氢，目的是将Fe2+氧化为Fe3+，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
故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；b；

②出去铜离子的溶液中的铁离子杂质离子，为了不引入杂质离子，采用铁离子水解的原理来除去，可以加入：CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3；根据几种金属阳离子开始沉淀和沉淀完全的pH数据，需要调整的pH范围：3.2≤pH<4.7；

故答案为：CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3；3.2≤pH<4.7；

③硫酸铜溶液得到硫酸铜晶体的过程是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，

故答案为：冷却结晶；过滤。