Question

7．CuSO₄溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂．
（1）某同学配制CuSO₄溶液时，向盛有一定量硫酸铜晶体的烧杯中加入适量的蒸馏水，并不断搅拌，结果得到悬浊液．他认为是固体没有完全溶解，于是对悬浊液加热，结果发现浑浊更明显了，随后，他向烧杯中加入了一定量的硫酸溶液，得到了澄清的CuSO₄溶液．
（2）该同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究．

①图一是根据反应Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄ 设计成的锌铜原电池．Cu极的电极反应式是Cu²⁺+2e^-═Cu，盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时K⁺向乙移动（填“甲”或“乙”）．
②图二中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是O₂（填“CH₄”或“O₂”），a处电极上发生的电极反应式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；当铜电极的质量减轻3.2g，则消耗的CH₄在标准状况下的体积为0.28L．
（3）反应一段时间后，燃料电池的电解质溶液完全转化为K₂CO₃溶液，以下关系正确的是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）硫酸铜溶液中，铜离子水解使得溶液显示酸性；
（2）①在原电池中，正极上是阳离子发生得电子的还原反应，电解质中的阳离子移向正极，阴离子移向负极；
②电镀时，镀件作电解池的阴极，发生还原反应，连接电源的负极；镀层金属铜作电解池的阳极，连接电源的正极；根据电子转移守恒计算甲烷的体积；
（3）A．根据电荷守恒判断；
B．根据质子恒等式判断；
C．K₂CO₃溶液呈碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺）；
D．溶液中OH^-来源于水的电离，HCO₃^-、CO₃^2-水解，则c（OH^-）＞c（HCO₃^-）；
E．根据物料守恒判断．

解答 解：（1）硫酸铜溶液中，铜离子水解生成氢氧化铜和硫酸，使得溶液变浑浊，显示酸性，可以加入硫酸来抑制水解，故答案为：硫酸；
（2）①在该原电池中，负极是金属锌，正极是金属铜，正极Cu上是阳离子铜离子发生得电子的还原反应，即Cu²⁺+2e^-=Cu，工作时，电解质中的阳离子钾离子移向正极，阴离子移向负极，
故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu；乙；
②装置Ⅱ中实现铁上镀铜，金属铁是阴极，金属铜作阳极，a为负极，b为正极，在燃料电池中通入氧气的电极b是正极，a是负极，负极上是燃料发生失去电子的氧化反应，在碱性环境下，甲烷失电子的反应为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，铜电极的质量减轻3.2g时，根据电极反应Cu-2e^-=Cu²⁺，转移电子的量是0.1mol，此时消耗的CH₄的体积是$\frac{0.1}{8}$=0.28L，
故答案为：O₂；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；0.28；
（3）A．电荷不守恒，其电荷守恒为：c（K⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），故A错误；
B．溶液中OH^-来源于水的电离及CO₃^2-、HCO₃^-与水的水解反应，每产生1个H₂CO₃，分子，生成2个OH^-，故c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故B正确；
C．K₂CO₃溶液呈碱性判断，故c（H⁺）＜c（OH^-），故C错误；
D．溶液中OH^-来源于水的电离，HCO₃^-、CO₃^2-水解，所以c（OH^-）＞c（HCO₃^-），盐类水解很微弱，所以c（CO₃^2-）＞c（OH^-），故c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-），故D正确；
E．根据物料守恒c（K⁺）=2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故E错误；
故答案为：BD．

点评 本题考查原电池和电解原理、离子浓度大小比较等，明确电池反应中元素的化合价变化发生的反应是解答的关键，注意放电顺序的应用及电子守恒，题目难度中等．