Question

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

 

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

 

，盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时K⁺向

 

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

 

（填“CH₄”或“O₂”），a处电极上发生的电极反应式是

 

；当铁电极的质量增重6.4g，消耗的CH₄在标准状况下的体积为

 

L．
（3）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液与k₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与k₂CO₃溶液混合，若K₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,原电池和电解池的工作原理,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：电离平衡与溶液的pH专题,电化学专题

分析：（1）硫酸铜易水解生成氢氧化铜，应加入硫酸抑制水解；
（2）①原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应．根据反应Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，
盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时K⁺向正极移动，Cl^-向负极移动；
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）根据溶度积计算浓度．

解答： 解：（1）配制水解呈酸性的溶液时应在相应酸的稀溶液中溶解，防止水解．硫酸铜为强酸弱碱盐，铜离子在溶液中发生水解生成氢氧化铜，应加入硫酸使其溶解，
故答案为：硫酸；
（2）①根据反应Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，铜离子在Cu电极上得电子析出Cu，电极反应式为Cu²⁺+2e^-═Cu，
盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时，Cl^-向负极移动，K⁺向正极移动，所以，K⁺向乙装置移动，
故答案为：Cu²⁺+2e^-═Cu；乙；
②甲烷碱性燃料电池为电源，总电极反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，
电镀时，镀件铁作电解池的阴极，连接甲烷燃料电源的负极，所以a应通入CH₄；镀层金属作电解池的阳极，发生氧化反应，连接甲烷燃料电源的正极，所以b应通入O₂．所以甲烷碱性燃料电池a处电极上CH₄放电，发生氧化反应，电极反应式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
根据电子转移守恒8n（CH₄）=2n（Cu）=2×

6.4g

64g/mol

，
所以n（CH₄）=

1

40

mol，
所以v（CH₄）=

1

40

mol×22.4L/mol=0.56L．
故答案为：O₂；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；0.56；
（3）要生成沉淀，则应满足c（Ca²⁺）×c（CO₃^2-）≥2.8×10^-9，因K₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，则混合后K₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol/L，
则c（CaCl₂）=c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，则混合前的浓度应为5.6×10^-4mol/L，
故答案为：5.6×10^-5mol/L．

点评：本题考查原电池和电解原理，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．