99年决赛第2题，我自己写的比较详细的解答

这题是卧龙传说 http://www.huaxueba.com/bbs/view ... 8075&extra=page%3D1 问到的。
原题：
第二题：
东晋葛洪所著《抱朴子》中记载有“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。“曾青”即硫酸铜。这是人类有关金属置换反应的最早的明确记载。铁置换铜的反应节能、无污染，但因所得的镀层疏松、不坚固，通常只用于铜的回收，不用作铁器镀铜。能否把铁置换铜的反应开发成镀铜工艺呢？
从化学手册上查到如下数据：
电极电势：
Fe2++2e == Fe == – 0.440V；Fe3++e == Fe2+ == – 0.771V；
Cu2++2e == Cu == 0.342V； Cu2++e == Cu+ == 0.160V
平衡常数： Kw = 1.010-14； Ksp (CuOH)=1.010-14；
Ksp [Cu(OH)2]=2.610-19； Ksp [Fe(OH)2]=8.010-16；
Ksp [Fe(OH)3]=4.010-38；
回答如下问题：
1. 造成镀层疏松的原因之一可能是夹杂固体杂质。为证实这一设想，设计了如下实验：向硫酸铜溶液加入表面光洁的纯铁块。请写出四种可能被夹杂的固体杂质的生成反应方程式（不必写反应条件）。
2. 设镀层夹杂物为CuOH（固），实验镀槽的pH=4，CuSO4的浓度为0.040mol/L，温度为298K，请通过电化学计算说明在该实验条件下CuOH能否生成。
3. 提出三种以上抑制副反应发生的（化学的）技术途径，不必考虑实施细节，说明理由。
标准解法：
1. 共8分（每个方程式1分，杂质1分）
①CuO或Cu(OH)2 Cu2++2H2O == Cu(OH)2↓+2H+
②Cu2O或CuOH Cu++H2O == CuOH↓+H+
③FeO或Fe(OH)2 Fe2++2 H2O == Fe(OH)2↓+2H+
④Fe2O3或Fe(OH)3 2Fe(OH)2+O2+H2O == 2Fe(OH)3↓
·写出Cu2+与Fe得到Cu+等等反应者，只要正确，不扣分。
·方程式未配平或配平错误均不得分。
2. 共8分 ①Cu2++Cu+2H2O==2CuOH↓+2H+ （2分）
②CuOH+H++e==Cu+H2O -=0.287V （2分）
Cu2++H2O+e==CuOH+H+ +=0.314V （2分）
E = 0.027V > 0 正方向自发 （2分）
或 （6分）
3. 共6分，每小题2分
①缓冲剂，控制酸度，抑制放H2，水解，沉淀等。 （2分）
②配合剂，降低[Cu2+]（即电位下降），阻止与新生态Cu反应。 （2分）
③抗氧剂，抑制氧化反应。 （2分）
④稳定剂，防止累积的Fe2+对铜的沉积产生不良影响和减缓Fe2+氧化为Fe3+。 （2分）
　　
这题的重点就是第2题的第2问有关点化学的部分，也是我和他讨论了很久的部分，由于答案过于简略，只能自己一步步算。以下是我的具体解法：
方法一：
思路：通过能斯特方程算出 + ，- 然后计算出这个反应的电势E，若E>0则说明反应可以进行，则会生成沉淀。
具体解法：
正级Cu2++H2O+e==CuOH+H+ +
负极：CuOH+H++e==Cu+H2O -
+= Cu2+/Cu + (0.0591/2)*lg[Cu2+]
[Cu2+]=0.040mol/L
- = Cu+/Cu + 0.0591*lg[H+]
[H+]=1*10-4mol/L
上面的计算都比较简单，关键是 Cu+/Cu 题中并没有给出，就需要用
ΔrG=-nFE来计算，但是这里的E并不是，而是每个电极于标准氢电极构成原电池的电动势，所以E=-，带入ΔrG=-nFE就可以得到
反应Cu2++2e-===Cu的吉布斯自由能G1，类似的可以求出Cu2++e-===Cu+的吉布斯自由能G2，计算得Cu++e-===Cu的G3=G1-G2，再带入ΔrG=-nFE算出可最终算出 Cu+/Cu。
这种解法和标解的解法1思路相同，答案也可以算到。
方法二：
思路：通过与方法一中类似的解法先算出在标准状态下各种反应物的标准生成吉布斯自由能，再算出Cu2++Cu+2H2O==2CuOH↓+2H+ 的吉布斯自由能，带入ΔrG=-nFE算出这个反应在标准状态下的E再带入能斯特方程求出在题中所给条件下的E，计算得E>0得出可以生成CuOH。需要注意的是用这种方法要特别注意正负号的变化，要不然极易出错。

这题我跟卧龙先生~讨论了很久，虽说是他问我，但是我也从中学到了许多以前没想过的东西，感触颇深，把我们讨论出来的解法记录下来希望对大家有帮助。
[ 本帖最后由 key_to_that 于 2008-12-26 23:53 编辑 ]

吧里似乎不能显示一些符号，将ＰＤＦ上传，加图片
[ 本帖最后由 key_to_that 于 2008-12-27 00:01 编辑 ]
Attached Images

有关电极电势在省复赛中较为常见
不错.
........

很好啊
另外不同意题中“‘曾青’即硫酸铜”的说法~

恩,是水溶液而且还有其他东西