Question

15．以石墨電極電解200mL CuSO₄溶液，電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n（e^-）與產(chǎn)生氣體體積V（g）（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的關(guān)系如圖所示．下列說法中，正確的是（　　）

• A． 電解前CuSO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為2 mol/L
• B． 電解后所得溶液中c（H⁺）=2 mol/L
• C． 當(dāng)n（e^-）=0.6 mol時，V（H₂）：V（O₂）=3：2
• D． 向電解后的溶液中先后加入16 g CuO和3.6g水，則溶液可恢復(fù)為電解前的濃度

Answer 1

分析 電解CuSO₄溶液時，開始發(fā)生反應(yīng)：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，一段時間后，轉(zhuǎn)移相同電子時得到氣體體積增大，說明發(fā)生反應(yīng)：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑．
A．當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4mol電子時Cu²⁺完全析出，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算n（Cu²⁺），根據(jù)Cu原子守恒得c（CuSO₄）=c（Cu²⁺）=$\frac{n}{V}$；
B．當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4mol電子時，生成n（H₂SO₄）=0.2mol，電解后溶液體積小于200mL；
C．當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4mol電子時生成的氣體完全是氧氣，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子0.4mol-0.6mol之間時生成的氣體是氫氣和氧氣，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算氧氣、氫氣物質(zhì)的量；
D．開始過程相當(dāng)于析出CuO，第二過程電解水，要使電解后的溶液恢復(fù)原狀應(yīng)加入CuO及水，結(jié)合電子轉(zhuǎn)移守恒計算．

解答 解：電解CuSO₄溶液時，開始發(fā)生反應(yīng)：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，一段時間后，轉(zhuǎn)移相同電子時得到氣體體積增大，說明發(fā)生反應(yīng)：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑．
A．當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4mol電子時Cu²⁺完全析出，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n（Cu²⁺）=$\frac{0.4mol}{2}$=0.2mol，根據(jù)Cu原子守恒，電解前c（CuSO₄）=c（Cu²⁺）=$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，故A錯誤；
B．當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4mol電子時，生成n（H₂SO₄）=0.2mol，電解后溶液體積小于200mL，故電解后所得溶液中c（H⁺）大于2 mol/L，故B錯誤；
C．當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4mol電子時生成的氣體完全是氧氣，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子0.4mol-0.6mol之間時生成的氣體是氫氣和氧氣，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，開始生成氧氣為$\frac{0.6mol}{4}$=0.15mol，生成氫氣為$\frac{0.6mol-0.4mol}{2}$=0.1mol，則V（H₂）：V（O₂）=0.1mol：0.15mol=2：3，故C錯誤；
D．開始過程相當(dāng)于析出CuO，第二過程電解水，CuO為0.2mol，其質(zhì)量為0.2mol×80g/mol=16g，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，第二過程電解的水為$\frac{0.8mol-0.4mol}{2}$=0.2mol，水的質(zhì)量為0.2mol×18g/mol=3.6g，故向電解后的溶液中先后加入16 g CuO和3.6g水，溶液可恢復(fù)為電解前的濃度，故D正確，
故選：D．

點評 本題考查電解原理及有關(guān)計算，明確離子放電順序及電解過程中發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，注意轉(zhuǎn)移電子守恒的靈活運用，題目難度中等．