Question

5．將等物質的量的NaCl和CuSO₄的溶解于水配成200mL混合溶液，通電電解到陰極剛有氣體放出時停止電解，將陽極產生的氣體在一定條件下恰好與5.6L標況下的H₂反應．試求原溶液中兩種溶質的物質的量濃度及電解后溶液中的H⁺的濃度．

Answer 1

分析 n（H₂）=$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，電解時，陰極上Cu²⁺先放電、H⁺后放電，陽極上Cl^-先放電、OH^-后放電，通電電解到陰極剛有氣體放出時停止電解，說明陰極上Cu²⁺完全析出，根據(jù)電荷知，陽極上有Cl₂、O₂生成，將陽極產生的氣體在一定條件下恰好與5.6L標況下的H₂反應，根據(jù)氧化還原反應中得失電子相等知，5.6L氫氣失去電子數(shù)等于陽極產生氣體轉移電子數(shù)，則轉移電子物質的量=0.25mol×2=0.5mol；
陰極上轉移0.5mol電子時析出n（Cu）=$\frac{0.5mol}{2}$=0.25mol，因為氯化鈉和硫酸銅物質的量相等，結合Cu原子守恒得n（CuSO₄）=n（NaCl）=n（Cu）=0.25mol，根據(jù)C=$\frac{n}{V}$計算NaCl和CuSO₄的物質的量濃度；
陽極上先析出氯氣，當氯離子完全放電時轉移電子物質的量=0.25mol×1=0.25mol，還有0.25mol電子轉移時氫氧根離子放電生成氧氣，根據(jù)氫氧根離子和氫離子之間關系計算氫離子濃度．

解答 解：n（H₂）=$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，電解時，陰極上Cu²⁺先放電、H⁺后放電，陽極上Cl^-先放電、OH^-后放電，通電電解到陰極剛有氣體放出時停止電解，說明陰極上Cu²⁺完全析出，根據(jù)電荷知，陽極上有 Cl₂、O₂生成，將陽極產生的氣體在一定條件下恰好與5.6L標況下的H₂反應，根據(jù)氧化還原反應中得失電子相等知，5.6L氫氣失去電子數(shù)等于陽極產生氣體轉移電子數(shù)，則轉移電子物質的量=0.25mol×2=0.5mol；
陰極上轉移0.5mol電子時析出n（Cu）=$\frac{0.5mol}{2}$=0.25mol，因為氯化鈉和硫酸銅物質的量相等，結合Cu原子守恒得n（CuSO₄）=n（NaCl）=n（Cu）=0.25mol，c（NaCl）=c（CuSO₄）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.25mol}{0.2L}$=1.25mol/L；
陽極上先析出氯氣，當氯離子完全放電時轉移電子物質的量=0.25mol×1=0.25mol，還有0.25mol電子轉移時氫氧根離子放電生成氧氣，陽極生成氧氣電極反應式為2H₂O+4e^-=O₂↑+4H⁺，則生成c（H⁺）=$\frac{\frac{0.25mol}{4}×4}{0.2L}$=1.25mol/L，
答：原來溶液中c（NaCl）=c（CuSO₄）=1.25mol/L、電解后溶液中c（H⁺）=1.25mol/L．

點評 本題考查電解原理，側重考查學生分析計算能力，明確離子放電順序是解本題關鍵，注意反應中轉移電子守恒、原子守恒的靈活運用，題目難度中等．