Question

7．CuSO₄溶液是中學(xué)化學(xué)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的一種試劑．
（1）某同學(xué)配制CuSO₄溶液時(shí)，向盛有一定量硫酸銅晶體的燒杯中加入適量的蒸餾水，并不斷攪拌，結(jié)果得到懸濁液．他認(rèn)為是固體沒(méi)有完全溶解，于是對(duì)懸濁液加熱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)渾濁更明顯了，隨后，他向燒杯中加入了一定量的硫酸溶液，得到了澄清的CuSO₄溶液．
（2）該同學(xué)利用制得的CuSO₄溶液，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)探究．

①圖一是根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄ 設(shè)計(jì)成的鋅銅原電池．Cu極的電極反應(yīng)式是Cu²⁺+2e^-═Cu，鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時(shí)K⁺向乙移動(dòng)（填“甲”或“乙”）．
②圖二中，Ⅰ是甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）的結(jié)構(gòu)示意圖，該同學(xué)想在Ⅱ中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，則b處通入的是O₂（填“CH₄”或“O₂”），a處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；當(dāng)銅電極的質(zhì)量減輕3.2g，則消耗的CH₄在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.28L．
（3）反應(yīng)一段時(shí)間后，燃料電池的電解質(zhì)溶液完全轉(zhuǎn)化為K₂CO₃溶液，以下關(guān)系正確的是BD．
A．c（K⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）+c（OH^-）
B．c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
C．c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）
D．c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）
E．c（K⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）

Answer 1

分析 （1）硫酸銅溶液中，銅離子水解使得溶液顯示酸性；
（2）①在原電池中，正極上是陽(yáng)離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極；
②電鍍時(shí)，鍍件作電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，連接電源的負(fù)極；鍍層金屬銅作電解池的陽(yáng)極，連接電源的正極；根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算甲烷的體積；
（3）A．根據(jù)電荷守恒判斷；
B．根據(jù)質(zhì)子恒等式判斷；
C．K₂CO₃溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺）；
D．溶液中OH^-來(lái)源于水的電離，HCO₃^-、CO₃^2-水解，則c（OH^-）＞c（HCO₃^-）；
E．根據(jù)物料守恒判斷．

解答 解：（1）硫酸銅溶液中，銅離子水解生成氫氧化銅和硫酸，使得溶液變渾濁，顯示酸性，可以加入硫酸來(lái)抑制水解，故答案為：硫酸；
（2）①在該原電池中，負(fù)極是金屬鋅，正極是金屬銅，正極Cu上是陽(yáng)離子銅離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即Cu²⁺+2e^-=Cu，工作時(shí)，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子鉀離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，
故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；乙；
②裝置Ⅱ中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，金屬鐵是陰極，金屬銅作陽(yáng)極，a為負(fù)極，b為正極，在燃料電池中通入氧氣的電極b是正極，a是負(fù)極，負(fù)極上是燃料發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，甲烷失電子的反應(yīng)為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，銅電極的質(zhì)量減輕3.2g時(shí)，根據(jù)電極反應(yīng)Cu-2e^-=Cu²⁺，轉(zhuǎn)移電子的量是0.1mol，此時(shí)消耗的CH₄的體積是$\frac{0.1}{8}$=0.28L，
故答案為：O₂；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；0.28；
（3）A．電荷不守恒，其電荷守恒為：c（K⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），故A錯(cuò)誤；
B．溶液中OH^-來(lái)源于水的電離及CO₃^2-、HCO₃^-與水的水解反應(yīng)，每產(chǎn)生1個(gè)H₂CO₃，分子，生成2個(gè)OH^-，故c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故B正確；
C．K₂CO₃溶液呈堿性判斷，故c（H⁺）＜c（OH^-），故C錯(cuò)誤；
D．溶液中OH^-來(lái)源于水的電離，HCO₃^-、CO₃^2-水解，所以c（OH^-）＞c（HCO₃^-），鹽類(lèi)水解很微弱，所以c（CO₃^2-）＞c（OH^-），故c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-），故D正確；
E．根據(jù)物料守恒c（K⁺）=2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故E錯(cuò)誤；
故答案為：BD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池和電解原理、離子濃度大小比較等，明確電池反應(yīng)中元素的化合價(jià)變化發(fā)生的反應(yīng)是解答的關(guān)鍵，注意放電順序的應(yīng)用及電子守恒，題目難度中等．