Question

（10分）
（1）高純銅（純度可達99.99%）廣泛應用于電器工業。某粗銅樣品中含Fe、Ni、Ag、Au等四種金屬雜質，可用電解法進行精煉制得高純銅。
請在如圖中標明電極材料和電解質溶液的名稱

已知Ni的金屬活動性介于Fe和Sn之間。則精煉完成后，在陽極底部的沉積物中可回收到的金屬為 ________（填化學式）。
（2）若在實驗室中完成此實驗，可用鉛蓄電池做電源。鉛蓄電池的電池總反應式為：
2PbSO₄+2H₂O  Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-

在完全放電耗盡PbO₂和Pb時，若按上圖所示連接進行充電，充電一段時間后，則在A電極上生成__________（填化學式），B電極上生成________（填化學式）；充電完畢，鉛蓄電池的正極是________極（填“A”或“B”）
（3）在如圖用石墨作電極的電解池中，放入500mL含一種溶質的某藍色稀溶液進行電解，觀察到A電極表面有紅色的固態物質生成，B電極有無色氣體生成；當溶液中的原溶質完全電解后，停止電解，取出A電極，洗滌、干燥、稱量，電極增重0.16 g。請回答下列問題：

①B電極的反應式_____________________。
②原溶液的物質的量濃度是_________________；電解后溶液的pH為 ________。（假設電解前后溶液的體積不變）

Answer 1

（1）左　精銅　　右　粗銅　硫酸銅溶液   Ag、Au
（2）Pb　　　 PbO₂　　　 B　
（3）①4OH^――4e^－＝2H₂O＋O₂↑   ②0.005mol/L　　　　 2

考查電化學原理的應用
（1）粗銅精煉時，粗銅和電源的正價相連，作陽極。純銅和電源的負極相連，作陰極，電解質溶液是硫酸銅溶液。純銅中含有的雜質鐵和鎳的活潑性均強于銅的，所以二者首先失去電子。銀和金的活潑性弱于銅的，在銅存在的條件下，二者不可能失去電子，二者最終形成陽極泥。
（2）根據裝置圖可判斷A和電源的負極相連，作陰極，得到電子發生還原反應，電極反應式
為PbSO₄＋2e^－＝Pb+SO₄^2－。B和電源的正極相連，作陽極，失去電子發生氧化反應，電極反應式為PbSO₄－2e^－+ 2H₂O = PbO₂ + 4H⁺ +SO₄^2－。所以A極生成鉛，B極生成二氧化鉛，因此蓄電池的正負極的極性將對換，即B將是正極。
（3）根據溶液顯藍色，以及析出紅色的固態物質可判斷，該固態物質一定是銅，銅；離子在陰極達到電子，析出銅單質，電極反應式為Cu^2＋＋2e^－＝Cu。則B極是陽極，且生成的氣體是無色的，所以是溶液中OH^―放電，失去電子，發生氧化反應生成氧氣，電極反應式為4OH^――4e^－＝2H₂O＋O₂↑。電極增重0.16 g，即銅是0.16g，物質的量為，所以原溶液的濃度為。每消耗1mol銅離子，則同時生成2mol氫離子，所以氫離子的濃度為0.005mol/L×2＝0.11mol/L，因此pH＝2。