Question

【題目】如圖所示，某化學興趣小組設計了一個燃料電池，并探究氯堿工業原理和粗銅精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。根據要求回答相關問題:

(1)通入氧氣的電極為_____(填“正極”或“負極”)，通氫氣一極的電極反應式為_________________；

(2)鐵電極為_______(填“陽極”或“陰極”)，乙裝置中電解反應的化學方程式為_________________。

(3)若在標準狀況下，有1.12 L氧氣參加反應，丙裝置中陰極增重的質量為______g；

(4)某粗銅中含有鐵、金、銀和鉑等雜質，通過電解精制后，為從電解液中制得硫酸銅晶體(CuSO4·5H2O),設計了如下工藝流程:

已知:幾種金屬陽離子開始沉淀和沉淀完全的pH:

	氫氧化物開始沉淀時的pH	氫氧化物沉淀完全時的pH
Fe3+	1.9	3.2
Fe2+	7.0	9.0
Cu2+	4.7	6.7

①步驟I中加入試劑A的目的是_____________________________，試劑A應選擇______(填序號);

a.氯氣 b.過氧化氫 C.酸性高錳酸鉀溶液

選擇該試劑的原因_____________________________________________________；

②步驟II中試劑B為_________，調節pH的范圍是___________；

③步驟III的操作是加熱濃縮、_______、___________。

Answer 1

【答案】正極 H2-2e-+2OH-=2H2O 陰極 2NaCl+2H2O2NaOH+ C12↑+H2↑ 6.4 將Fe2+氧化為Fe3+ b 過氧化氫是綠色氧化劑，在氧化過程中不引入雜質，不產生污染 CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3 3.2≤pH<4.7 冷卻結晶 過濾

【解析】

(1)氫氧燃料電池，氧氣做正極，發生還原反應，氫氣做負極，在堿性環境下發生氧化反應，極反應式為H2-2e-+2OH-=2H2O，正確答案：正極；H2-2e-+2OH-=2H2O。

(2) 氧燃料電池，氧氣做正極，氫氣做負極；鐵與電源的負極相連，為電解池的陰極，陽極為石墨，電解飽和氯化鈉溶液，陰極生成氫氣和氫氧化鈉，陽極產生氯氣；正確答案：

陰極 ； 2NaCl+2H2O2NaOH+ C12↑+H2↑ ；

(3)丙裝置為電解精煉銅，粗銅做陽極，溶液中銅離子得電子變為銅，根據電子轉移總數相等：O2+4e-+2H2O=4OH-，Cu2++2e-=Cu，1.12 L氧氣參加反應，轉移電子0.2mol,生成銅0.1 mol，銅的質量6.4 g，正確答案6.4 g。

（4）①電解液中含有Fe2+、Cu2+、SO42-等離子，Fe2+的沉淀的pH 在7-9之間，Cu2+的沉淀的pH 在4.7-6.7之間，直接調整溶液的pH，在保證Fe2+沉淀的同時，Cu2+也變為沉淀，無法進行后續操作，因此需要把將Fe2+氧化為Fe3+，加入氧化劑為過氧化氫，因為過氧化氫是綠色氧化劑，在氧化過程中不引入雜質，不產生污染，正確答案：將Fe2+氧化為Fe3+； b ；過氧化氫是綠色氧化劑，在氧化過程中不引入雜質，不產生污染。

②加入試劑來調整溶液的pH，使溶液的酸性減弱，保證Fe3+沉淀完全，而Cu2+不產生沉淀，這樣的試劑要滿足不溶于水，能夠與酸反應且反應后不引入新的雜質離子等，因此需要加入含有銅元素的化合物：CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3 等； 根據表中給定的數據得出調節溶液pH的范圍3.2≤pH<4.7；正確答案：CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3； 3.2≤pH<4.7 。

③從硫酸銅溶液中得到硫酸銅固體，需要進行的操作為：配制成高溫時的硫酸銅飽和溶液，降低溫度，有固體析出，再進行過濾，洗滌、干燥、稱重等操作；正確答案：冷卻結晶 ；過濾。