Question

已知pH為4-5的條件下，Cu²⁺幾乎不水解，而Fe³⁺幾乎完全水解．某學生用電解純凈的CuSO₄溶液的方法，并根據電極上析出Cu的質量（n）以及電極上產生氣體的體積（V mL 標準狀況）來測定Cu的相對原子質量，過程如圖1：

回答下列問題：
（1）加入CuO的作用是

消耗H⁺而調整溶液的pH使之升高，使Fe³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去

．
（2）步驟②中所用的部分儀器如圖2所示，則A、B分別連直流電源的

負

和

正

極（填“正”或“負”）．
（3）電解開始后，在U形管中可以觀察到的現象有：

銅棒變粗，石墨極上有氣泡生成，溶液的顏色變淺

．電解的離子方程式為

2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+4H⁺；

．
（4）下列實驗操作中必要的是

abde

（填寫字母）．
a．電解前的電極的質量；b．電解后，電極在烘干稱量前，必須用蒸餾水沖洗；c．刮下電解后電極上析出的銅，并清洗，稱量；d．電解后烘干稱重的操作中必須按“烘干→稱量→再烘干→再稱量”進行；e．在有空氣存在的情況下，烘干電極必須用低溫烘干的方法．
（5）銅的相對原子質量為

11200

V

（用帶有n、V的計算式表示）．

Answer 1

分析：（1）pH為4～5的條件下，Cu²⁺幾乎不水解，而Fe³⁺幾乎完全水解，加入稍過量的CuO，可以得到純凈的硫酸銅溶液，故加入CuO調節pH值，Fe³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去；
（2）電解生成銅與氧氣，故Cu電極連接電源的負極，石墨電極連接電源的正極；
（3）電解硫酸銅溶液生成Cu、氧氣與硫酸；
（4）需要準確稱量生成銅的質量，銅電極前后質量之差為生成的Cu的質量，Cu電解表面會附著離子，應清洗除去，由于銅與氧氣發生反應，在空氣存在情況下，應低溫烘干，稱量兩次之差小于天平的感量，說明烘干．
（5）根據電子轉移守恒計算Cu的相對原子質量．

解答：解：（1）pH為4～5的條件下，Cu²⁺幾乎不水解，而Fe³⁺幾乎完全水解，加入稍過量的CuO，可以得到純凈的硫酸銅溶液，故加入CuO通過消耗H⁺而調整溶液的pH使之升高，使Fe³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去，
故答案為：消耗H⁺而調整溶液的pH使之升高，使Fe³⁺完全水解形成Fe（OH）₃沉淀而除去；
（2）電解生成Cu與氧氣，故Cu電極連接電源的負極，石墨電極連接電源的正極，故A、B分別連直流電源的負極、正極，
故答案為：負；正；
（3）電解硫酸銅溶液生成Cu、氧氣與硫酸，電解的離子方程式為：2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+4H⁺，觀察到銅棒變粗，石墨極上有氣泡生成，溶液的顏色變淺，
故答案為：銅棒變粗，石墨極上有氣泡生成，溶液的顏色變淺；2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+4H⁺；
（4）需要準確稱量生成銅的質量，銅電極前后質量之差為生成的Cu的質量，Cu電解表面會附著離子，應清洗除去，由于銅與氧氣發生反應，在空氣存在情況下，應低溫烘干，稱量兩次之差小于天平的感量，說明烘干，故需要進行abde操作，不需要進行c操作，
故答案為：a、b、d、e；
（5）VmL氧氣的物質的量為

V×10-3L

22.4L/mol

=

V

22400

mol，令Cu的相對原子質量為Mr，根據電子轉移守恒，則：

m

Mr

×2=

V

22400

mol×4，解得Mr=

11200

V

，
故答案為：

11200

V

．

點評：本題以測定Cu的相對原子質量為載體，考查電解原理、對工藝流程的理解、常用化學用語、化學計算等，難度中等，理解工藝流程是解題的關鍵，需要學生具有扎實的基礎與綜合運用知識分析、解決問題的能力．