Question

9．電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時(shí)間變化的關(guān)系如下圖所示（氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），根據(jù)圖中信息回答下列問(wèn)題．
（1）通過(guò)計(jì)算推測(cè)：
①原混合溶液NaCl和CuSO₄的物質(zhì)的量濃度．
②t₂時(shí)所得溶液的pH．
（2）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體體積與陰極相比，明顯小于對(duì)應(yīng)時(shí)間段的理論值．試簡(jiǎn)要分析其可能原因．

Answer 1

分析 本題的關(guān)健是對(duì)圖象的解讀．剛開始時(shí)陰極Cu²⁺得電子，無(wú)氣體放出，Cu²⁺反應(yīng)完溶液中的H⁺放電，Ⅰ是H₂，陽(yáng)極先是溶液中的Cl^-放電，反應(yīng)完后溶液中的OH^-放電，電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，陽(yáng)極發(fā)生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極發(fā)生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，結(jié)合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，Ⅱ?yàn)殛?yáng)極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算時(shí)抓住電子守恒．

解答 解：（1）電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，陽(yáng)極發(fā)生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極發(fā)生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，結(jié)合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，Ⅱ?yàn)殛?yáng)極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，
①由圖可知，產(chǎn)生氯氣為224mL，則由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，所以c（NaCl）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
Ⅱ曲線中由t₂時(shí)生成氧氣為112mL，n（O₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，則共轉(zhuǎn)移電子為0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根據(jù)電子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=$\frac{0.04mol}{2L}$=0.02mol，所以c（CuSO₄）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
答：原混合溶液NaCl和CuSO₄的物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L；
②由t₂時(shí)4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O～4H⁺，n（H⁺）=0.005mol×4=0.02mol，則溶液的c（H⁺）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，pH=1
答：溶液的pH=1；
（2）陽(yáng)極生成氯氣，微溶于水，溶解度大于生成氫氣的溶解度，且氧氣的溶解度大于氫氣，則陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體體積與陰極相比，明顯小于對(duì)應(yīng)時(shí)間段的理論值，
答：產(chǎn)生的氯氣和氧氣在水中的溶解度明顯大于氫氣．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理，明確發(fā)生的電極反應(yīng)及圖圖象的對(duì)應(yīng)關(guān)系是解答本題的關(guān)鍵，注意把握電極反應(yīng)式的書寫，為解該題的關(guān)鍵，題目難度中等．