Question

3．某研究性學(xué)習(xí)小組用電解CuSO₄溶液的方法測定銅的相對原子質(zhì)量（裝置如圖），實(shí)驗(yàn)中測得某電極的質(zhì)量增重為m g，已知氧元素相對原子質(zhì)量為16．請回答：
（1）m g應(yīng)為A極的質(zhì)量增重（填A(yù)或B），電解總反應(yīng)的離子方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（2）測定m g數(shù)據(jù)時，同學(xué)們稱量電解前電極的質(zhì)量，電解后，用蒸餾水小心沖洗電極，烘干后再稱量電極質(zhì)量．你認(rèn)為在上述實(shí)驗(yàn)過程中，至少要稱量電極3次；
（3）本實(shí)驗(yàn)（電解CuSO₄溶液）中，學(xué)習(xí)小組采用兩套方案測定銅的相對原子質(zhì)量．
①第一套方案中，同學(xué)們測得氣體的體積為V L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則銅的相對原子質(zhì)量是（用m、V表示）$\frac{11.2m}{V}$；
②第二套方案中，需要測定的數(shù)據(jù)是A極增加的質(zhì)量和整套裝置減少的質(zhì)量或A極增加的質(zhì)量、溶液的體積和電解后溶液的pH．

Answer 1

分析 （1）如果A為陽極，該裝置為電鍍池，陽極溶解Cu的質(zhì)量與陰極析出Cu的質(zhì)量相等，無法計算Cu的相對原子質(zhì)量，所以A為陰極、B為陽極，Cu作陰極、石墨作陽極時，電解CuSO₄溶液，陽極上氫氧根離子放電、陰極上銅離子放電，質(zhì)量增加的電極為陰極，同時溶液中還生成硫酸；
（2）需要稱量的有稱量電解前電極的質(zhì)量、電極在烘干時有兩次稱量；
（3）①陽極上生成氧氣，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計算Cu的相對原子質(zhì)量；
②還可以根據(jù)析出Cu和生成氧氣的關(guān)系式計算、析出Cu和生成硫酸的關(guān)系式計算

解答 解：（1）如果A為陽極，該裝置為電鍍池，陽極溶解Cu的質(zhì)量與陰極析出Cu的質(zhì)量相等，無法計算Cu的相對原子質(zhì)量，所以A為陰極、B為陽極，實(shí)驗(yàn)中測得某電極的質(zhì)量增重為m g，則應(yīng)該為A極；
Cu作陰極、石墨作陽極時，電解CuSO₄溶液，陽極上氫氧根離子放電、陰極上銅離子放電，質(zhì)量增加的電極為陰極，同時溶液中還生成硫酸，電池反應(yīng)式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案為：A；2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（2）需要稱量的有稱量電解前電極的質(zhì)量、電極在烘干時有兩次稱量，則需要3次稱量，故答案為：3；
（3）①陽極上生成氧氣，根據(jù)2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄知，氧氣體積為VL時，M（Cu）=$\frac{22.4L/mol×mg}{2VL}$=$\frac{11.2m}{V}$g/mol，Cu的相對原子質(zhì)量與其摩爾質(zhì)量在數(shù)值上相等，所以Cu的相對原子質(zhì)量為$\frac{11.2m}{V}$，故答案為：$\frac{11.2m}{V}$；
②根據(jù)2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄知，要計算Cu的相對原子質(zhì)量，
還可以根據(jù)析出Cu的質(zhì)量、生成氧氣的質(zhì)量之間的關(guān)系式計算，生成氧氣的質(zhì)量等于整套裝置減少的質(zhì)量；
還可以根據(jù)析出Cu的質(zhì)量、硫酸的物質(zhì)的量之間的關(guān)系式計算，要計算硫酸的物質(zhì)的量，需要知道電解后溶液的體積、電解后溶液的pH（可由此計算出溶液中H⁺的物質(zhì)的量濃度）；
故答案為：A極增加的質(zhì)量和整套裝置減少的質(zhì)量或A極增加的質(zhì)量、溶液的體積和電解后溶液的pH．

點(diǎn)評 本題以電解原理為載體考查了實(shí)驗(yàn)測定Cu的相對原子質(zhì)量，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計算能力，明確各個物理量之間的關(guān)系是解本題關(guān)鍵，易錯點(diǎn)是（2）題稱量次數(shù)判斷，題目難度不大．