Question

2．將100mL 4mol/L Cu（NO₃）₂溶液電解一段時(shí)間（用碳電極），在陽(yáng)極收集到1.12L氣體．將電解后溶液中加入鐵粉，最多溶解的鐵粉質(zhì)量為（設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變）（　�。�

• A． 16.8g
• B． 22.4g
• C． 21g
• D． 19.6g

Answer 1

分析 n[Cu（NO₃）₂]=4mol/L×0.1L=0.4mol，用惰性電極電解該溶液時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)式為2H₂O^--4e^-=O₂↑+4H⁺，則收集的n（O₂）=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=4n（O₂）=4×0.05mol=0.2mol，假設(shè)銅離子完全析出轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=2n（Cu ²⁺）=2n[Cu（NO₃）₂]=2×0.4mol=0.8mol＞0.2mol，所以銅離子部分析出，根據(jù)2H₂O^--4e^-=O₂↑+4 H⁺得n（H⁺）=4n（O₂）=0.2mol，F(xiàn)e和硝酸反應(yīng)方程式為3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，根據(jù)硝酸和Fe之間的關(guān)系式計(jì)算酸溶解鐵的質(zhì)量；鐵還和銅離子發(fā)生置換反應(yīng)生成亞鐵離子，根據(jù)剩余銅離子計(jì)算銅離子消耗鐵的質(zhì)量，這兩部分消耗鐵的質(zhì)量為總的消耗鐵質(zhì)量．

解答 解：n[Cu（NO₃）₂]=4mol/L×0.1L=0.4mol，用惰性電極電解該溶液時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)式為2H₂O^--4e^-=O₂↑+4H⁺，則收集的n（O₂）=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=4n（O₂）=4×0.05mol=0.2mol，假設(shè)銅離子完全析出轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=2n（Cu ²⁺）=2n[Cu（NO₃）₂]=2×0.4mol=0.8mol＞0.2mol，所以銅離子部分析出，根據(jù)2H₂O^--4e^-=O₂↑+4 H⁺得n（H⁺）=4n（O₂）=0.2mol，F(xiàn)e和硝酸反應(yīng)方程式為3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，根據(jù)3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O得溶解n（Fe）=$\frac{3}{8}$n（HNO₃）=$\frac{3}{8}$×0.2mol=0.075mol，則酸溶解m（Fe）=0.075mol×56g/mol=4.2g；
銅離子和Fe發(fā)生置換反應(yīng)生成Cu，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得發(fā)生置換反應(yīng)消耗n（Fe）=n[Cu（NO₃）₂]=0.4mol-$\frac{0.2mol}{2}$=0.3mol，溶解m（Fe）=56g/mol×0.3mol=16.8g，
所以消耗鐵的總質(zhì)量=4.2g+16.8g=21g，故選C．

點(diǎn)評(píng) 本題以電解原理為載體考查化學(xué)方程式有關(guān)計(jì)算，正確判斷各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，注意陰極析出物質(zhì)成分的判斷，要熟練運(yùn)用轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒，很多同學(xué)往往漏掉Fe和銅離子的置換反應(yīng)而導(dǎo)致錯(cuò)誤，為易錯(cuò)題．