Question

CuSO₄溶液是中學(xué)化學(xué)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的一種試劑．
（1）某同學(xué)配制CuSO₄溶液時(shí)，向盛有一定量硫酸銅晶體的燒杯中加入適量的蒸餾水，并不斷攪拌，結(jié)果得到懸濁液．他認(rèn)為是固體沒有完全溶解，于是對(duì)懸濁液加熱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)渾濁更明顯了，隨后，他向燒杯中加入了一定量的

 

溶液，得到了澄清的CuSO₄溶液．
（2）該同學(xué)利用制得的CuSO₄溶液，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)探究．

①圖一是根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄ 設(shè)計(jì)成的鋅銅原電池．Cu極的電極反應(yīng)式是

 

，鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時(shí)K⁺向

 

移動(dòng)（填“甲”或“乙”）．
②圖二中，Ⅰ是甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）的結(jié)構(gòu)示意圖，該同學(xué)想在Ⅱ中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，則b處通入的是

 

（填“CH₄”或“O₂”），a處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是

 

；當(dāng)鐵電極的質(zhì)量增重6.4g，消耗的CH₄在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為

 

L．
（3）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與k₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與k₂CO₃溶液混合，若K₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),原電池和電解池的工作原理,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：電離平衡與溶液的pH專題,電化學(xué)專題

分析：（1）硫酸銅易水解生成氫氧化銅，應(yīng)加入硫酸抑制水解；
（2）①原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)．根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，結(jié)合圖一可知，Zn為負(fù)極，Cu為正極，
鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時(shí)K⁺向正極移動(dòng)，Cl^-向負(fù)極移動(dòng)；
②電鍍時(shí)，鍍件作電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，連接電源的負(fù)極；鍍層金屬銅作電解池的陽極，連接電源的正極；根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算甲烷的體積；
（3）根據(jù)溶度積計(jì)算濃度．

解答： 解：（1）配制水解呈酸性的溶液時(shí)應(yīng)在相應(yīng)酸的稀溶液中溶解，防止水解．硫酸銅為強(qiáng)酸弱堿鹽，銅離子在溶液中發(fā)生水解生成氫氧化銅，應(yīng)加入硫酸使其溶解，
故答案為：硫酸；
（2）①根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，結(jié)合圖一可知，Zn為負(fù)極，Cu為正極，銅離子在Cu電極上得電子析出Cu，電極反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^-═Cu，
鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時(shí)，Cl^-向負(fù)極移動(dòng)，K⁺向正極移動(dòng)，所以，K⁺向乙裝置移動(dòng)，
故答案為：Cu²⁺+2e^-═Cu；乙；
②甲烷堿性燃料電池為電源，總電極反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，
電鍍時(shí)，鍍件鐵作電解池的陰極，連接甲烷燃料電源的負(fù)極，所以a應(yīng)通入CH₄；鍍層金屬作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，連接甲烷燃料電源的正極，所以b應(yīng)通入O₂．所以甲烷堿性燃料電池a處電極上CH₄放電，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒8n（CH₄）=2n（Cu）=2×

6.4g

64g/mol

，
所以n（CH₄）=

1

40

mol，
所以v（CH₄）=

1

40

mol×22.4L/mol=0.56L．
故答案為：O₂；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；0.56；
（3）要生成沉淀，則應(yīng)滿足c（Ca²⁺）×c（CO₃^2-）≥2.8×10^-9，因K₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則混合后K₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol/L，
則c（CaCl₂）=c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，則混合前的濃度應(yīng)為5.6×10^-4mol/L，
故答案為：5.6×10^-5mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池和電解原理，明確電池反應(yīng)中元素的化合價(jià)變化發(fā)生的反應(yīng)是解答的關(guān)鍵，注意放電順序的應(yīng)用及電子守恒，題目難度中等．