Question

当pH为4～5时，Cu²⁺几乎不水解，而Fe³⁺几乎完全沉淀．某同学欲用电解纯净CuSO₄溶液的方法来测定铜的相对原子质量．实验过程中使用肼（N₂H₄）-空气燃料电池作直流电源，其实验过程如图所示：

（1）步骤Ⅰ中所加A的化学式为

 

．
（2）肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是KOH溶液．肼-空气燃料电池放电时，负极产生一种无污染的气体，则负极的电极反应式是

 

，正极的电极反应式是

 

．
（3）步骤Ⅱ中所用的部分仪器如图，则肼-空气燃料电池中通入肼的一端应接

 

（填“铜”或“石墨”）电极．铜电极上的电极反应式为

 

．
（4）为达到实验目的，下列实验操作必须完成的是

 

（填字母）．
A．称量电解前电极的质量
B．电解后，电极在烘干称重前必须用蒸馏水冲洗
C．刮下电解后电极上析出的铜，并清洗、称重
D．电极在烘干称重的操作中必须按“烘干→称重→再烘干→再称重”进行
E．在有空气存在的情况下，烘干电极必须采用低温烘干的方法
（5）铜的相对原子质量为

 

（用含有m、V的代数式表示）．

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：（1）pH为4～5的条件下，Cu²⁺几乎不水解，而Fe³⁺几乎完全水解，加入稍过量的CuO，可以得到纯净的硫酸铜溶液，故加入CuO调节pH值，Fe³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去；
（2）肼-氧气碱性燃料电池中，负极上燃料肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气；正极氧气发生还原反应；
（3）电解生成铜与氧气，故Cu电极连接电源的负极，则肼-空气燃料电池中通入肼的为负极应接铜电极，反应式为铜离子得电子发生还原反应；
（4）需要准确称量生成铜的质量，铜电极前后质量之差为生成的Cu的质量，Cu电解表面会附着离子，应清洗除去，由于铜与氧气发生反应，在空气存在情况下，应低温烘干，称量两次之差小于天平的感量，说明烘干；
（5）根据电子转移守恒计算Cu的相对原子质量．

解答： 解：（1）pH为4～5的条件下，Cu²⁺几乎不水解，而Fe³⁺几乎完全水解，加入稍过量的CuO，可以得到纯净的硫酸铜溶液，故加入CuO通过消耗H⁺而调整溶液的pH使之升高，使Fe³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去，
故答案为：CuO；
（2）肼-氧气碱性燃料电池中，负极上燃料肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气，电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，正极发生还原反应，电极方程式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（3）电解生成Cu与氧气，故Cu电解连接电源的负极，则肼-空气燃料电池中通入肼的为负极应接铜电极，反应式为Cu²⁺+2e^-═Cu；故答案为：铜；Cu²⁺+2e^-═Cu；
（4）需要准确称量生成铜的质量，铜电极前后质量之差为生成的Cu的质量，Cu电解表面会附着离子，应清洗除去，由于铜与氧气发生反应，在空气存在情况下，应低温烘干，称量两次之差小于天平的感量，说明烘干，故需要进行ABDE操作，不需要进行C操作，
故答案为：A、B、D、E；
（5）VmL氧气的物质的量为

V×10 -3L

22.4L/mol

=

V

22400

mol，设Cu的相对原子质量为Mr，根据电子转移守恒，则：

m

M r

×2=

V

22400

mol×4，解得Mr=

11200m

V

，
故答案为：

11200m

V

．

点评：本题以测定Cu的相对原子质量为载体，考查电解原理、对工艺流程的理解、常用化学用语、化学计算等，难度中等，理解工艺流程是解题的关键，需要学生具有扎实的基础与综合运用知识分析、解决问题的能力．