Question

15．銅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的用途．
（1）配制CuSO₄溶液時(shí)需加入少量稀H₂SO₄，其原因是Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺（只寫(xiě)離子方程式）．
（2）某同學(xué)利用制得的CuSO₄溶液，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)探究．
①圖甲是根據(jù)反應(yīng)Fe+CuSO₄═Cu+FeSO₄設(shè)計(jì)的原電池，請(qǐng)根據(jù)圖甲填空，A、B分別是什么物質(zhì)：
AFe；BCuSO₄溶液（填化學(xué)式）．

②圖乙中，Ⅰ是甲烷燃料電池的示意圖，該同學(xué)想在Ⅱ中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，則應(yīng)在a處通入CH₄（填“CH₄”或“O₂”），b處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；若把Ⅱ中電極均換為惰性電極，電解液換為含有0.1mol NaCl溶液400mL，當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體為448mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，溶液的pH=13（假設(shè)溶液體積變化忽略不計(jì)）．
（3）電池生產(chǎn)工業(yè)廢水中常含有毒的Cu²⁺等重金屬離子，常用FeS等難溶物質(zhì)作為沉淀劑除去[室溫下K_sp（FeS）=6.3×10^-18mol²•L^-2，Ksp（CuS）=1.3×10^-36mol²•L^-2]．請(qǐng)結(jié)合離子方程式說(shuō)明上述除雜的原理：當(dāng)把FeS加入工業(yè)廢水中后，存在溶解平衡：FeS（s）?Fe²⁺（aq）+S^2-（aq），其中的Cu²⁺與S^2-生成了溶度積更小的CuS沉淀，使得上述溶解平衡繼續(xù)向右移動(dòng)，直至FeS全部轉(zhuǎn)化為CuS沉淀，從而除去溶液中Cu²⁺ （用平衡移動(dòng)原理解釋?zhuān)��?

Answer 1

分析 （1）CuSO₄溶液中銅離子能夠水解生成沉淀；
（2）①鐵銅原電池中Fe為負(fù)極；②鐵上鍍銅，銅作陽(yáng)極，鐵作陰極；②a為甲烷，b為氧氣，據(jù)電解質(zhì)溶液顯堿性書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式；陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體為氯氣，其體積為448mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），據(jù)此計(jì)算生成NaOH的物質(zhì)的量，計(jì)算pH；
（3）沉淀轉(zhuǎn)移的方向是向著更難溶的方向移動(dòng)，通過(guò)Ksp的大小可知那種物質(zhì)更加難溶．

解答 解：（1）CuSO₄溶液中銅離子能夠水解生成沉淀，加入硫酸是抑制銅離子水解，離子方程式為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，故答案為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；
（2）①鐵銅原電池中Fe為負(fù)極，據(jù)圖中左池電解質(zhì)溶液確定，左側(cè)金屬為Fe，右側(cè)電解質(zhì)溶液為CuSO₄溶液，故答案為：Fe；CuSO₄溶液；
②鐵上鍍銅，則Cu為陽(yáng)極，Cu電極與b相連，b為原電池的正極，a為負(fù)極，a處通入CH₄，即b處通入O₂，b處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
n（Cl₂）=448÷22400=0.02（mol）
由：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH
                   1         2
電解產(chǎn)生n（OH^-）=0.02mol×2=0.04mol
c（OH^-）=0.04mol÷（400 mL/1000mL•L^-1）=0.1mol•L^-1
p（OH）=-lg0.1=1 pH=14-1=13，故答案為：CH₄；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；13；
（3）由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），所以在相同條件下CuS的溶解度更小，沉淀會(huì)向著生成CuS的方向進(jìn)行，故離子方程式為FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq），故答案為：存在溶解平衡：FeS（s）?Fe²⁺（aq）+S^2-（aq），其中的Cu²⁺與S^2-生成了溶度積更小的CuS沉淀，使得上述溶解平衡繼續(xù)向右移動(dòng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鹽類(lèi)水解、電解計(jì)算、沉淀轉(zhuǎn)化關(guān)系的分析等，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．