Question

1．某學生欲用電解純凈CuSO₄ 溶液的方法來測定銅的相對原子質量．其實驗過程如圖1所示：

（1）步驟①所加的A的化學式為CuO；已知：常溫下Fe（OH）₃的溶度積K_sp=8.0×10^-38，Cu（OH）₂的溶度積K_sp=3.0×10^-20，通常認為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol•L^-1時就認為沉淀完全，設溶液中CuSO₄的濃度為3.0mol•L^-1，則加入A調PH范圍是3.3＜pH≤4    （已知lg2=0.3）
（2）步驟②中所用的部分儀器如圖2：則A應接在直流電源的負極（填“正”或“負”）．
（3）石墨電極上的電極反應式4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．
（4）下列實驗操作中必要的是（填字母）ABDE．
A．稱量電解前電極的質量
B．電解后，電極在烘干稱重前，必須用蒸餾水沖洗
C．刮下電解后電極上析出的銅，并清洗、稱重
D．電極在烘干稱重的操作中必須按“烘干→稱重→再烘干→再稱重”進行
E．在有空氣存在的情況下，烘干電極必須采用低溫烘干的方法
（5）銅的相對原子質量為$\frac{11200n}{V}$（用帶有n、V的計算式表示）．
（6）若②用甲醇-O₂-熔融碳酸鹽電池提供電能，寫出該電池負極的電極反應式CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-═4CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）pH為4～5的條件下，Cu²⁺幾乎不水解，而Fe³⁺幾乎完全水解，加入稍過量的CuO，可以得到純凈的硫酸銅溶液，故加入CuO調節pH值，Fe³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去；加入A調PH范圍應確保Fe³⁺沉淀完全，而Cu²⁺不沉淀，據此計算pH；
（2）由于電解硫酸銅溶液時，要求一電極增重，另一電極有氣體生成，故A應做陰極，B做陽極，據此分析；
（3）石墨電極上氫氧根放電；
（4）需要準確稱量生成銅的質量，銅電極前后質量之差為生成的Cu的質量，Cu電解表面會附著離子，應清洗除去，由于銅與氧氣發生反應，在空氣存在情況下，應低溫烘干，稱量兩次之差小于天平的感量，說明烘干；
（5）根據電子轉移守恒計算Cu的相對原子質量；
（6）甲醇-O₂-熔融碳酸鹽電池中，負極上甲醇放電生成二氧化碳，據此分析電極反應．

解答 解：（1）pH為4～5的條件下，Cu²⁺幾乎不水解，而Fe³⁺幾乎完全水解，加入稍過量的CuO，可以得到純凈的硫酸銅溶液，故加入CuO通過消耗H⁺而調整溶液的pH使之升高，使Fe³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去；加入A調PH范圍應確保Fe³⁺沉淀完全，由于當Fe³⁺沉淀完全時，即溶液中Fe³⁺的濃度小于1×10^-5 mol•L^-1，故有：c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=8.0×10^-38，解得c（OH^-）＞2×10^-11mol/L，c（H⁺）＜5×10^-4mol/L，則pH＞3.3；但Cu²⁺不能沉淀，故有：c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=3.0×10^-20，而c（Cu²⁺）=3mol/L，解得c（OH^-）≤10^-10mol/L，c（H⁺）≥10^-4mol/L，則pH≤4．即應調節溶液的pH為3.3＜pH≤4．
故答案為：CuO；3.3＜pH≤4；
（2）由于電解硫酸銅溶液時，要求一電極增重，另一電極有氣體生成，故A應做陰極，電極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu，B做陽極，電極反應為：4OH^--4e^-+2H₂O=4OH^-，故A應連
電源的負極，故答案為：負；
（3）石墨為陽極，氫氧根放電，故電極反應為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；        
（4）需要準確稱量生成銅的質量，銅電極前后質量之差為生成的Cu的質量，Cu電解表面會附著離子，應清洗除去，由于銅與氧氣發生反應，在空氣存在情況下，應低溫烘干，稱量兩次之差小于天平的感量，說明烘干，故需要進行ABDE操作，不需要進行C操作，
故答案為：A、B、D、E；
（5）VmL氧氣的物質的量為$\frac{V×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$=$\frac{V}{22400}$mol，設Cu的相對原子質量為Mr，根據電子轉移守恒，則：$\frac{n}{{M}_{r}}$×2=$\frac{V}{22400}$mol×4，解得Mr=$\frac{11200n}{V}$，
故答案為：$\frac{11200n}{V}$；
（6）甲醇-O₂-熔融碳酸鹽電池中，負極上甲醇放電生成二氧化碳，電極反應式為：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-═4CO₂+2H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-═4CO₂+2H₂O．

點評 本題以測定Cu的相對原子質量為載體，考查電解原理、對工藝流程的理解、常用化學用語、化學計算等，難度中等，理解工藝流程是解題的關鍵，需要學生具有扎實的基礎與綜合運用知識分析、解決問題的能力．