Question

Ⅰ．工业上为实现废旧印刷电路板的综合利用，可用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液溶解处理产生的铜粉末，以制备硫酸铜．已知：
①Cu（s）+2H⁺（aq）=Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64.39kJ/mol
②Cu(s)+H2O2(l)+2H+(aq)=Cu2+(aq)+2H2O(l)     △H=-319.68kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.68kJ/mol
则4H₂O₂（l）=4H₂O（l）+2O₂（g）△H=

 

．
Ⅱ．固体氧化物燃料电池（SOFC）以固体氧化物作为电解质．其工作原理如图1所示．
①若以乙烯作为燃料气，则在接触面上发生的电极反应式为

 

．固体氧化物的作用

 

（填“是”“否”或“不能确定”）让电子在电池内通过．

②若以此作为化学电源，用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.15mol Cu₂（OH）₂CO₃后恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑二氧化碳的溶解）．则电解过程中共转移电子数

 

．
Ⅲ．如图2所示，甲池中电池反应式为2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，已知A电极质量不变，C，D为石墨电极，乙池中为100ml NaCl溶液（条件是常温下）．
回答下列问题：
（1）A极为

 

极（填“正”或“负”），B极电极材料为

 

．
（2）B电极质量3.2g时，此时乙池中电解液的pH为

 

（忽略反应过程中溶液体积的变化及气体的溶解情况）．
（3）实验中，欲从甲池反应后的废液中回收铜，并重新制得纯净的氯化铁溶液，简述操作步骤及有关反应原理（用离子方程式表示）

 

．

Answer 1

考点：电解原理,反应热和焓变

专题：电化学专题

分析：Ⅰ．根据盖斯定律，已知热化学方程式乘以适当系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的计算；
Ⅱ①O^2-可以在固体氧化物内部自由通过，乙烯在接触面放电，发生氧化反应，在O^2-存在情况下生成二氧化碳与水；
固体氧化物的作用阻止电子在电池内通过；
②用惰性电极电解硫酸铜溶液，向所得的溶液中加入0.15mol Cu₂（OH）₂CO₃后恰好恢复到电解前的浓度和pH，Cu₂（OH）₂CO₃与H₂SO₄反应生成的硫酸铜、水、二氧化碳，故生成的硫酸铜、水与电解时反应的硫酸铜、水对应相等，Cu₂（OH）₂CO₃可以写出CuO?Cu（OH）₂?CO₂，据此计算生成的水，氧化产物只有氧气，由水电解生成，转移电子物质的量是水的2倍，据此计算；
Ⅲ．（1）甲池中电池反应式为2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，A电极质量不变，Fe³⁺在A极放电，发生还原反应，Cu发生氧化反应，为负极，质量减少，故B为Cu；
（2）根据n=

m

M

计算3.2gCu的物质的量，进而计算转移电子数目，乙为电解池，发生反应2NaCl+2H₂O

通电  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂，根据电子转移守恒计算生成n（NaOH），再计算c（NaOH），根据Kw=c（OH^-）?c（H⁺）计算c（H⁺），再根据pH=-lgc（H⁺）；
（3）在废液中加入足量的铁屑，过滤后在滤渣中加入足量的盐酸，过滤回收铜，将两次滤液合并通入足量氯气，即得到氯化铁溶液．

解答： 解：Ⅰ．已知：①Cu（s）+2H⁺（aq）=Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64.39kJ/mol
②Cu(s)+H2O2(l)+2H+(aq)=Cu2+(aq)+2H2O(l)     △H=-319.68kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.68kJ/mol
根据盖斯定律，②×4-①×4-③×2得4H₂O₂（l）=4H₂O（l）+2O₂（g），
故△H=（-319.68kJ/mol）×4-64.39kJ/mol×4-（-571.68kJ/mol）×2=-392.92kJ/mol，
故答案为：-392.92kJ/mol；
Ⅱ①O^2-可以在固体氧化物内部自由通过，乙烯在接触面放电，发生氧化反应，在O^2-存在情况下生成二氧化碳与水，电极反应式为：C₂H₄+6O^2--12e^-=2CO₂+2H₂O，固体氧化物的作用阻止电子在电池内通过，
故答案为：C₂H₄+6O^2--12e^-=2CO₂+2H₂O；否；
②用惰性电极电解硫酸铜溶液，向所得的溶液中加入0.15mol Cu₂（OH）₂CO₃后恰好恢复到电解前的浓度和pH，Cu₂（OH）₂CO₃与H₂SO₄反应生成的硫酸铜、水、二氧化碳，故生成的硫酸铜、水与电解时反应的硫酸铜、水对应相等，Cu₂（OH）₂CO₃可以写出CuO?Cu（OH）₂?CO₂，故0.15mol Cu₂（OH）₂CO₃与硫酸反应生成水的物质的量为0.15mol×3=0.45mol，氧化产物只有氧气，由水电解生成，故转移电子数目为0.45mol×2×N_Amol^-1=0.9N_A，
故答案为：0.9N_A；
Ⅲ．（1）甲池中电池反应式为2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，A电极质量不变，Fe³⁺在A极放电，发生还原反应，A为正极，Cu发生氧化反应，为负极，质量减少，故B为Cu，
故答案为：正；Cu；
（2）3.2gCu的物质的量为

3.2g

64g/mol

=0.05mol，转移电子为0.05mol×2=0.1mol，乙为电解池，发生反应2NaCl+2H₂O

通电  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂，根据电子转移守恒可知生成n（H₂）=0.05mol，故生成n（NaOH）=0.1mol，故c（OH^-）=

0.1mol

0.1L

=1mol/L，故c（H⁺）=

10-14

1

mol/L=10^-14mol/L，故pH=-lg10^-14=14，
故答案为：14；
（3）在废液中加入足量的铁屑，过滤后在滤渣中加入足量的盐酸，过滤回收铜，将两次滤液合并通入足量氯气，即得到氯化铁溶液，有关离子方程式为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，Fe+Cu²+=Fe²⁺+Cu，2Fe²+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，
故答案为：在废液中加入足量的铁屑，过滤后在滤渣中加入足量的盐酸，过滤回收铜，将两次滤液合并通入足量氯气，即得到氯化铁溶液，有关离子方程式为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，Fe+Cu²+=Fe²⁺+Cu，2Fe²+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-．

点评：本题是拼合型题目，涉及反应热的计算、原电池、电解池、化学计算等，题目综合性较大，难度较大，Ⅱ②中电子转移数目计算为易错点、难点，注意根据氧化产物只有氧气，水电解生成氧气，据此计算，可以省略反应过程的判断，实际发生电解水生成氢气与氧气，要求学生具有分析和解决问题的能力．