Question

9．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(tài)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1.6g．請回答下列問題：
（1）A電極是接電源的負極；B電極的反應式4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．
（2）原溶液的物質的量濃度是0.05mol/L；電解后溶液的pH為1．（假設電解前后溶液的體積不變）
（3）請你設計實驗確定原溶液中可能所含的酸根離子，要求：提出兩種可能的假設，分別寫出論證這兩種假設的操作步驟、實驗現象和實驗結論．
假設①假設原溶液中的酸根離子是硫酸根離子：取電解后的溶液，向其中加入BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，則原溶液中所含的陰離子是SO₄^2-
假設②假設原溶液中的酸根離子是硝酸根離子：取電解后的溶液，向其中加入銅，微熱，若銅溶解，并有無色氣體生成，且在空氣中變?yōu)榧t棕色，則原溶液中所含的陰離子是NO₃^-．

Answer 1

分析 （1）和電源的負極相連的是電解池的陰極發(fā)生還原反應，和電源的正極相連的是電解池的陽極發(fā)生氧化反應；
（2）陰極析出金屬銅的質量是1.6g，根據電極反應計算硫酸銅的物質的量以及溶液中氫離子的物質的量，進而根據濃度等于物質的量和體積之比計算物質的量濃度以及pH；
（3）該溶液中一定是含銅離子的可溶性的鹽溶液，所以可以是硝酸銅，或是硫酸銅，根據離子的特征離子反應檢驗硫酸根離子以及硝酸根離子的存在即可．

解答 解：（1）電解液是藍色溶液，A電極表面有紅色的固態(tài)物質生成，所以A極是銅離子得電子，所以A極是陰極，A接的是電源的負極，B電極有無色氣體生成，則一定是氫氧根失電子產生的氧氣，反應：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：負；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（2）陰極反應：2Cu²⁺+4e^-→2Cu，陽極反應：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，電解時反應的總離子方程式為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+4H⁺+O₂↑，取出A電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重1.6g，所以陰極析出金屬銅的質量是1.6g，即0.025mol，所以銅離子的濃度=$\frac{0.025mol}{0.5L}$=0.05mol/L，原溶液的物質的量濃度是0.05mol/L，生成氫離子的物質的量為0.05mol，所以c（H⁺）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，即pH=1，故答案為：0.05mol/L；1；
（3）該溶液中一定是含銅離子的可溶性的鹽溶液，所以可以是硝酸銅，或是硫酸銅，不能是氯化銅，因為不會出現氯氣，檢驗硫酸根離子可以采用加入氯化鋇溶液的方法，若有白色沉淀生成，則原溶液中所含的陰離子是SO₄^2-；檢驗酸環(huán)境下的硝酸根離子，可以加入金屬銅并有無色氣體生成，且在空氣中變?yōu)榧t棕色，則原溶液中所含的陰離子是NO₃^-，
故答案為：①假設原溶液中的酸根離子是硫酸根離子：取電解后的溶液，向其中加入BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，則原溶液中所含的陰離子是SO₄^2-；②假設原溶液中的酸根離子是硝酸根離子：取電解后的溶液，向其中加入銅，微熱，若銅溶解，并有無色氣體生成，且在空氣中變?yōu)榧t棕色，則原溶液中所含的陰離子是NO₃^-．

點評 本題考查學生電解池的工作原理，注意電極反應式的書寫以及電極反應、電子守恒的計算是關鍵，難度不大．