Question

已知在pH为4～5的溶液中，Cu²⁺几乎不水解，而Fe³⁺几乎完全水解。某学生拟用电解CuSO₄溶液的方法测定铜的相对原子质量。其实验流程如下图所示：

试回答下列问题：

（1）加入A的作用是___________________________。

（2）步骤②中所用部分仪器如图所示：II电极上发生的电极反应式为___________________。

（3）步骤②的变化中，实现的能量转化形式是______________________。

（4）在进行测定铜的相对原子质量的实验操作中，属于不必要操作的是________。

a．称量电解前电极的质量

b．电解后电极在烘干前，必须用蒸馏水冲洗

c．小心刮下电解后电极上的铜，并清洗、称量

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，至少进行两次

e．在空气中烘干电极，必须采用低温烘干法

（5）铜的相对原子质量的计算式为________。

（6）假若电解后溶液呈无色，向其中滴加甲基橙试液，观察到的现象是_______________。

Answer

与H+反应，调节溶液的pH在4～5之间使Fe3+完全水解 4OH—4e-=2H2O+O2↑ 电能转化为化学能和热能 c 溶液变为红色

【解析】

该实验的目的是拟用电解CuSO4溶液的方法测定铜的相对原子质量；步骤①中加入的黑色粉末是CuO，以调节溶液pH至4~5，使Fe3+形成沉淀，从而获得纯净的CuSO4溶液；步骤②电解CuSO4溶液，阴极产生Cu而增重，阳极产生O2和H+，根据O2的体积可以得知产生Cu的物质的量，再根据阴极增加的质量计算得出Cu的摩尔质量，即Cu相对原子质量。

（1）该实验的目的是拟用电解CuSO4溶液的方法测定铜的相对原子质量，实验原料为pH=3.8的CuSO4和Fe2(SO4)3混合溶液，题中也告知在pH为4～5的溶液中，Cu2+几乎不水解，而Fe3+几乎完全水解，故步骤①中加入的黑色粉末是CuO，其目的是与H+反应，调节溶液的pH在4～5之间使Fe3+完全水解；

（2）步骤②中，阴极上Cu2+放电，产生Cu使得阴极增重，故I电极为阴极，II电极为阳极，阳极的电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑；

（3）步骤②中的能量转化形式为电能转化为化学能；

（4）a、阴极增重a g，是利用差量法计算而来，是称量电解前后的电极质量再作差，这样可以减小误差；

b、电解后电极在烘干前，必须用蒸馏水冲洗，洗掉电极表面附着的CuSO4等物质；

c、该实验中，用差量法来获得电极增加的质量，不需要将铜刮下；

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，至少进行两次，以确保充分烘干；

e、在空气中烘干电极，必须采用低温烘干法，避免Cu被氧化，影响实验结果；

综上所述，仅c不必要；

（5）根据电子转移守恒可知：2Cu-4e--O2，n(O2)== ，则n(Cu)=2n(O2)=，m(Cu)=a g，则M(Cu)===；

（6）假若电解后溶液呈无色，说明溶液中只剩有H2SO4，加入甲基橙之后，溶液变为红色。