Question

4．如图所示，装置Ⅰ是甲烷与空气构成的燃料电池（电解质为KOH）的结构示意图．请回答如下问题：

（1）气体a在电极上发生的电极反应式是CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）若实验过程中装置Ⅱ中的铜片质量减少了2.56g，则装置Ⅰ中理论上消耗CH₄的体积（标准状况）224mL；
（3）CuSO₄属保护性无机杀菌剂，水溶液呈酸性，请用离子方程式表示溶液呈酸性的原因：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；加热CuSO₄溶液，其酸性将增强（填“增强”“减弱”“无影响”）；加热蒸干CuSO₄溶液所得固体为硫酸铜；
（4）若装置Ⅱ改为用惰性电极电解200mL0.05mol•L^-1的CuSO₄溶液，一段时间后溶液中的Cu²⁺恰好完全析出，恢复至室温，溶液pH=1（忽略电解过程中溶液体积变化），若想将上述电解后的溶液恢复到与电解前的溶液完全相同，可以加入一定质量的C（填序号）；
A．Cu      B．Cu（OH）₂      C．CuO       D．CuSO₄．

Answer 1

分析 （1）II中首先镀铜，则Cu作阳极、Fe作阴极，I中a处电极为负极、b处电极为正极，负极上通入燃料、正极上通入氧化剂；甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；
（2）根据转移电子相等计算消失甲烷的体积；
（3）CuSO₄是强酸弱碱盐水解呈酸性，反应方程式为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加热CuSO₄溶液，平衡正向移动，氢离子浓度增大，其酸性将增强；硫酸是不挥发的酸，所以加热蒸干CuSO₄溶液所得固体为硫酸铜；
（4）结合2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，溶液中的Cu²⁺恰好完全析出计算反应后溶液的pH，电解硫酸铜溶液，要想恢复到与电解前的溶液相同，应加入CuO；

解答 解：（1）II中首先镀铜，则Cu作阳极、Fe作阴极，I中a处电极为负极、b处电极为正极，负极上通入燃料、正极上通入氧化剂，所以a处通入的气体是甲烷；甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）串联电路中转移电子相等，所以消耗甲烷的体积=$\frac{\frac{2.56g}{64g/mol}×2}{8}×22.4L/mol$=224mL，故答案为：224；
（3）CuSO₄是强酸弱碱盐水解呈酸性，反应方程式为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加热CuSO₄溶液，平衡正向移动，氢离子浓度增大，其酸性将增强；硫酸是不挥发的酸，所以加热蒸干CuSO₄溶液所得固体为硫酸铜，故答案为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；增强；硫酸铜；
（4）溶液中的Cu²⁺恰好完全析出，则析出的n（Cu）=0.2L×0.05mol/L=0.01mol，则生成硫酸0.01mol，氢离子为0.02mol，c（H⁺）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，pH=1；电解硫酸铜溶液，溶液中的Cu²⁺恰好完全析出后，要想恢复到与电解前的溶液相同，应加入CuO，故答案为：1；C．

点评 本题考查学生电镀原理以及计算、原电池的构成条件、工作原理以及燃料电池的工作原理知识，注重基础知识的考查，难度不大．