Question

5．銅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的用途．
（1）配制CuSO₄溶液時需加入少量稀H₂SO₄，其原因是Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺（只寫離子方程式）．
（2）某同學(xué)利用制得的CuSO₄溶液，進(jìn)行以下實驗探究．
①圖甲是根據(jù)反應(yīng)Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄設(shè)計成鐵銅原電池，請圖甲中的橫線上完成標(biāo)注．

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0.1molNaCl溶液400mL，當(dāng)陽極產(chǎn)生的氣體為448mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時，溶液的pH=13（假設(shè)溶液體積變化忽略不計）．
（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，K_sp（CuS）=1.3×10^-36mol²•L^-2]．請結(jié)合離子方程式說明上述除雜的原理：當(dāng)把FeS加入工業(yè)廢水中后，直至FeS全部轉(zhuǎn)化為CuS沉淀，從而除去溶液中Cu²⁺．

Answer 1

分析 （1）加入稀硫酸是為了抑制Cu²⁺的水解；
（2）①鐵銅原電池中Fe為負(fù)極；②鐵上鍍銅，銅作陽極，鐵作陰極；②a為甲烷，b為氧氣，據(jù)電解質(zhì)溶液顯堿性書寫電極反應(yīng)式；陽極產(chǎn)生的氣體為氯氣，其體積為448mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），據(jù)此計算生成NaOH的物質(zhì)的量，計算pH；
（3）沉淀轉(zhuǎn)移的方向是向著更難溶的方向移動，通過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圖乙在Fe上鍍銅，所以Fe作陰極，故答案為：
②圖乙在Fe上鍍銅，所以Fe作陰極，則連接的為燃料電池的負(fù)極，應(yīng)通入CH₄，b極通入O₂發(fā)生還原反應(yīng)：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；電解池中均為惰性電極時，陽極的電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑．由電極反應(yīng)式計算消耗的H⁺為0.04mol，則生成的OH^-為0.04mol，c（OH^-）=0.1mol/L，則c（H⁺）=10^-13mol/L，pH=13，故答案為：CH₄；O₂+4e^-+2H₂O；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），Cu²⁺與S^2-反應(yīng)可生成溶度積更小的CuS沉淀，使得上述溶解平衡繼續(xù)向右移動，
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．[或用平衡FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq）解釋]

點評 本題考查了鹽類水解、原電池原理及計算、難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．