Question

CuSO₄溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂。某同学利用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__________________________________________；当铜电极的质量减轻3.2g，则消耗的CH₄在标准状况下的体积为________________L。

（3）一段时间后，燃料电池的电解质溶液完全转化为K₂CO₃，以下关系正确的是______________。

A．c(K⁺)+c(H⁺)=c(HCO₃^－)+ c(CO₃^2－)+c(OH^－)

B．c(OH^－)=c(H⁺)+c(HCO₃^－)+2c(H₂CO₃)

C．c(K⁺)>c(CO₃^2－)>c(H⁺)>c(OH^－)

D．c(K⁺)>c(CO₃^2－)>c(OH^－)>c(HCO₃^－)

E．c(K⁺)= 2c(CO₃^2－)+ c(HCO₃^－)+c(H₂CO₃)

Answer

Cu2＋+2e- = Cu 乙 O2 CH4－8e-+10OH- = CO32- +7H2O 0.28 BD

【解析】（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-=CO32-+7H2O，根据电子转移守恒8n（CH4）=2n（Cu）=2×3.2g/64g/mol，所以n（CH4）=1/80mol，所以v（CH4）=1/80mol×22.4L/mol=0.28L．故答案为：O2；CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；0.28L；

（3）A、电荷不守恒，故A错误；B、溶液中OH-来源于水的电离及CO32-、HCO3-与水的水解反应，每产生1个H2CO3，分子，生成2个OH-，故c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3），故B正确；C、K2CO3溶液呈碱性判断，故c（H+）＜c（OH-），故C错误；D、溶液中OH-来源于水的电离，HCO3-、CO32-水解，所以c（OH-）＞c（HCO3-），盐类水解很微弱，所以c（CO32-）＞c（OH-），故c（K+）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（HCO3-），故D正确；E、根据物料守恒c（K+）=2c（CO32-）+2c（HCO3-）+2c（H2CO3），故E错误．故选：BD．