Question

某100mL 混合溶液（含2.0mol/L CuSO₄和2.0mol/L NaCl），用惰性電極電解（電解時(shí)間充足），試回答下列問題：
（1）陽極的電極反應(yīng)式

 

；陰極的電極反應(yīng)式

 

；
（2）當(dāng)陰極析出的金屬與陽極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量相等時(shí)（忽略氣體在水中的溶解，下同），則析出的金屬與產(chǎn)生的氣體質(zhì)量之比可能為

 

；
（3）當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體與陽極產(chǎn)生的氣體體積相等時(shí)（同溫同壓下測(cè)定），則陰極產(chǎn)生的氣體是

 

，其物質(zhì)的量是

 

mol，陽極產(chǎn)生的氣體是

 

，其物質(zhì)的量分別是

 

，此時(shí)溶液中的溶質(zhì)是

 

，其物質(zhì)的量分別是

 

，轉(zhuǎn)移電子總物質(zhì)的量是

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）n（CuSO₄）=0.2mol，n（NaCl）=0.2mol，根據(jù)題意結(jié)合電子守恒，在陰極放電的離子有Cu²⁺，在陽極放電的離子有Cl^-、OH^-；
（2）當(dāng)陰極銅離子全部析出時(shí)，析出0.2mol金屬Cu，轉(zhuǎn)移0.4mol電子，根據(jù)電子守恒，陽極產(chǎn)生的氣體為0.1mol氯氣和0.05mol氧氣，氣體總的物質(zhì)的量為0.15mol，所以當(dāng)陰極析出的金屬與陽極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量相等時(shí)在陰極放電的離子有Cu²⁺，在陽極放電的離子有Cl^-，或陰極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極反應(yīng)：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，據(jù)此分析解答；
（3）當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體與陽極產(chǎn)生的氣體體積相等時(shí)，在陰極放電的離子有Cu²⁺、H⁺，在陽極放電的離子有Cl^-、OH^-，根據(jù)生成的氫氣體積和氯氣、氧氣的體積和相等分析解答．

解答： 解：100mL 混合溶液（含2.0mol/L CuSO₄和2.0mol/L NaCl），n（NaCl）=0.2mol，n（CuSO₄）=0.2mol．
（1）在陰極的離子有Cu²⁺、H⁺，在陽極的離子有Cl^-、OH^-，n（CuSO₄）=0.2mol，Cu²⁺反應(yīng)完需轉(zhuǎn)移4mol電子，陰極發(fā)生Cu²⁺+2e^-=Cu，根據(jù)電子守恒，此時(shí)陽極發(fā)生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（2）當(dāng)陰極銅離子全部析出時(shí)，析出0.2mol金屬Cu，轉(zhuǎn)移0.4mol電子，根據(jù)電子守恒，陽極產(chǎn)生的氣體為0.1mol氯氣和0.05mol氧氣，氣體總的物質(zhì)的量為0.15mol，所以當(dāng)陰極析出的金屬與陽極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量相等時(shí)在陰極放電的離子有Cu²⁺，Cu²⁺+2e^-=Cu，在陽極放電的離子有Cl^-，2Cl^--2e^-=Cl₂↑，則析出的金屬與產(chǎn)生的氣體質(zhì)量之比可能為1：1，也可能為：陰極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，當(dāng)陰極銅離子全部析出時(shí)，析出0.2mol金屬Cu，轉(zhuǎn)移0.4mol電子，當(dāng)陰極析出的金屬與陽極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量相等時(shí)陽極反應(yīng)：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，生成0.1mol氯氣和0.1mol氧氣轉(zhuǎn)移0.6mol電子，說明陰極反應(yīng)：2H⁺+2e^-=H₂↑，生成0.1mol氫氣；則析出的金屬與產(chǎn)生的氣體質(zhì)量之比為0.2mol：（0.2mol+0.1mol）=2：3，
故答案為：1：1或2：3；
（3）陰極產(chǎn)生的氣體與陽極產(chǎn)生的氣體體積相等，說明陰極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極反應(yīng)：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
設(shè)析出xmolH₂生成，根據(jù)電子守恒，陽極產(chǎn)生的氣體為0.1mol氯氣和（x-0.1）mol氧氣，則0.2×2+2x=0.1mol×2+（x-0.1）×4，解得：x=0.3mol，
則則陰極產(chǎn)生的氣體是H₂其物質(zhì)的量是0.3mol，陽極產(chǎn)生的氣體為0.1mol氯氣和0.2mol氧氣，此時(shí)溶液中剩余0.2mol氫離子、0.2mol硫酸根離子、0.2mol鈉離子，所以此時(shí)溶液中的溶質(zhì)是0.1molH₂SO₄、0.1molNa₂SO₄，轉(zhuǎn)移電子總物質(zhì)的量是0.2×2+2x=0.4+2×0.3=1mol，
故答案為：H₂；0.3；Cl₂、O₂；0.1mol、0.2mol；H₂SO₄、Na₂SO₄；0.1mol、0.1mol；1mol；

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生電解原理的知識(shí)，明確發(fā)生的電極反應(yīng)、注意電解池兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等的電子守恒思想的運(yùn)用是解答本題的關(guān)鍵，注意把握電極反應(yīng)式的書寫，題目難度較大．