Question

4．如圖所示，裝置Ⅰ是甲烷與空氣構成的燃料電池（電解質為KOH）的結構示意圖．請回答如下問題：

（1）氣體a在電極上發生的電極反應式是CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）若實驗過程中裝置Ⅱ中的銅片質量減少了2.56g，則裝置Ⅰ中理論上消耗CH₄的體積（標準狀況）224mL；
（3）CuSO₄屬保護性無機殺菌劑，水溶液呈酸性，請用離子方程式表示溶液呈酸性的原因：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；加熱CuSO₄溶液，其酸性將增強（填“增強”“減弱”“無影響”）；加熱蒸干CuSO₄溶液所得固體為硫酸銅；
（4）若裝置Ⅱ改為用惰性電極電解200mL0.05mol•L^-1的CuSO₄溶液，一段時間后溶液中的Cu²⁺恰好完全析出，恢復至室溫，溶液pH=1（忽略電解過程中溶液體積變化），若想將上述電解后的溶液恢復到與電解前的溶液完全相同，可以加入一定質量的C（填序號）；
A．Cu      B．Cu（OH）₂      C．CuO       D．CuSO₄．

Answer 1

分析 （1）II中首先鍍銅，則Cu作陽極、Fe作陰極，I中a處電極為負極、b處電極為正極，負極上通入燃料、正極上通入氧化劑；甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水；
（2）根據轉移電子相等計算消失甲烷的體積；
（3）CuSO₄是強酸弱堿鹽水解呈酸性，反應方程式為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加熱CuSO₄溶液，平衡正向移動，氫離子濃度增大，其酸性將增強；硫酸是不揮發的酸，所以加熱蒸干CuSO₄溶液所得固體為硫酸銅；
（4）結合2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，溶液中的Cu²⁺恰好完全析出計算反應后溶液的pH，電解硫酸銅溶液，要想恢復到與電解前的溶液相同，應加入CuO；

解答 解：（1）II中首先鍍銅，則Cu作陽極、Fe作陰極，I中a處電極為負極、b處電極為正極，負極上通入燃料、正極上通入氧化劑，所以a處通入的氣體是甲烷；甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）串聯電路中轉移電子相等，所以消耗甲烷的體積=$\frac{\frac{2.56g}{64g/mol}×2}{8}×22.4L/mol$=224mL，故答案為：224；
（3）CuSO₄是強酸弱堿鹽水解呈酸性，反應方程式為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加熱CuSO₄溶液，平衡正向移動，氫離子濃度增大，其酸性將增強；硫酸是不揮發的酸，所以加熱蒸干CuSO₄溶液所得固體為硫酸銅，故答案為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；增強；硫酸銅；
（4）溶液中的Cu²⁺恰好完全析出，則析出的n（Cu）=0.2L×0.05mol/L=0.01mol，則生成硫酸0.01mol，氫離子為0.02mol，c（H⁺）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，pH=1；電解硫酸銅溶液，溶液中的Cu²⁺恰好完全析出后，要想恢復到與電解前的溶液相同，應加入CuO，故答案為：1；C．

點評 本題考查學生電鍍原理以及計算、原電池的構成條件、工作原理以及燃料電池的工作原理知識，注重基礎知識的考查，難度不大．