CuSO4溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂.
(1)某同学配制CuSO4溶液时,向盛有一定量硫酸铜晶体的烧杯中加入适量的蒸馏水,并不断搅拌,结果得到悬浊液.他认为是固体没有完全溶解,于是对悬浊液加热,结果发现浑浊更明显了,随后,他向烧杯中加入了一定量的______溶液,得到了澄清的CuSO4溶液.
(2)该同学利用制得的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)反应一段时间后,燃料电池的电解质溶液完全转化为K2CO3溶液,以下关系正确的是______.
A.c(K+)+c(H+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(OH-)
B.c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)
C.c(K+)>c(CO32-)>c(H+)>c(OH-)
D.c(K+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)
E.c(K+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)
(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)=
mol,1 80
所以v(CH4)=
mol×22.4L/mol=0.28L.1 80
故答案为:O2;CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O;0.28L;
(4)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.