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

（17分）（1）Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+（2分）；

（2）（12分）①（见图，共4分,标对1个2分）

②CH4（2分） O2+4e-+2H2O（3分）13（3分）；

（3）（3分）存在溶解平衡：FeS(s) Fe 2+(aq)+ S 2-(aq)[1分]，其中的Cu2+与S 2-生成了溶度积更小的CuS沉淀[1分]，使得上述溶解平衡继续向右移动 [1分]。[或用平衡FeS(s)+Cu2+(aq)= CuS(s)+ Fe 2+(aq)解释]

【解析】

试题分析：（1）CuSO4是强酸弱碱盐，Cu2+水解消耗水电离产生的OH-，产生Cu(OH)2使溶液显酸性，为了抑制盐的水解，所以要加入少量的硫酸，用方程式表示是Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+；（2）①根据反应Fe+CuSO4=Cu+FeSO4设计成铁铜原电池，则Fe要插在FeSO4溶液中，Cu插在CuSO4溶液中,用图表示是；

②想在II中实现铁上镀铜，Fe应该作阴极，与电池的负极连接，则应在a处通入CH4；在b处通入空气，在b电极上发生的电极反应式为O2+4e-+2H2O =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，电解的方程式是：2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH，n(NaCl)=0.1mol，在阳极Cl-放电，若Cl-完全放电，应该产生气体0.05mol,而实际产生的气体的物质的量是n(气体)=0.448L÷22.4L/mol=0.02mol<0.05mol，说明Cl-没有反应完全。根据方程式可知：n(NaOH):n(Cl2)=2:1，n(Cl2)= 0.02mol，所以n(NaOH)=0.04mol,因此c(NaOH)= n(NaOH)÷V=0.04mol÷0.4L=0.1mol/L,所以c(H+)=Kw÷c(OH-)=1×10-13mol/L, pH=13；（3）当把FeS加入工业废水中后，FeS在水中溶解、电离，存在溶解平衡：FeS(s) Fe 2+(aq)+ S 2-(aq)，由于在溶液中存在Cu2+，而且c(Cu2+)·c(S 2-)>Ksp(CuS)，所以其中的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直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu2+。

考点：考查盐的水解、电化学反应原理的应用、溶液pH的计算、沉淀溶解平衡在处理废水的应用的知识。