Question

铜在工农业生产中有着广泛的用途。

（1）配制CuSO₄溶液时需加入少量稀H₂SO₄，其原因是           （只写离子方程式）。

（2）某同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究。

①图甲是根据反应Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄设计的原电池，请在图甲中的横线上完成标注。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入    (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为          ；若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1molNaCl溶液400mL，当阳极产生的气体为448mL(标准状况下)时，溶液的pH=   （假设溶液体积变化忽略不计)。

（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2]。请结合离子方程式说明上述除杂的原理：当把FeS加入工业废水中后，         直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu²⁺。

Answer

（1）Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+（2分）；（2）①（见图，共4分,标对1个2分）

②CH4（2分） O2+4e-+2H2O＝4OH-（2分）13（2分）；

（3）（2分）Cu2+与S 2-生成了溶度积更小的CuS沉淀[1分]，使溶解平衡：FeS(s)Fe 2+(aq)+ S 2-(aq)向右移动 [1分]。[或用平衡FeS(s)+Cu2+(aq)= CuS(s)+ Fe 2+(aq)解释]

【解析】

试题分析：（1）硫酸铜溶于水，铜离子水解生成氢氧化铜和硫酸，所以配制CuSO4溶液时需加入少量稀H2SO4防止铜离子水解，水解方程式为Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+。

（2）①根据反应Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4可知铁是还原剂失去电子，铜离子得到电子，所以要设计为原电池铁是负极，铜可以作正极，如图所示。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则铁是阴极，铜是阳极，因此通入气体a的电极是阴极，则应在a处通入甲烷。b处通入空气或氧气，作正极，因此电极上发生的电极反应式为O2+4e-+2H2O＝4OH-；若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1molNaCl溶液400mL，则电解氯化钠溶液，阴极氢离子放电产生氢气，阳极氯离子放电产生氯气。当阳极产生的气体为448mL(标准状况下)时，氯气的物质的量是0.448L÷22.4L/mol＝0.02mol，所以根据方程式2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑可知生成的氢氧化钠是0.04mol，浓度是0.04mol÷0.4L＝0.1mol/L，所以溶液的pH＝13。

（3）硫化铜的溶度积常数小于氯化亚铁的溶度积常数，Cu2+与S 2-生成了溶度积更小的CuS沉淀，使溶解平衡：FeS(s)Fe 2+(aq)+ S 2-(aq)向右移动，从而除去溶液中Cu2+。

考点：考查盐类水解、溶解平衡以及电化学原理的应用