Question

18．將1L一定濃度的硫酸銅溶液，用A，B兩個石墨作電極電解，當A極上產生22.4L標況氣體時，B極上只有固體析出．然后將A，B兩電極與電源反接，繼續通直流電，B極上又產生22.4L（標況）氣體，溶液質量共減少227g．求：
（1）A極上產生22.4L（標況）氣體時，B極增加的質量．
（2）原溶液的物質的量濃度．

Answer 1

分析 當用惰性電極電解CuSO₄溶液時，其總反應式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，A極產生氣體，B極析出固體，則A為陽極、B為陰極，陰極（B）電極反應式：2Cu²⁺+4e^-=2Cu，陽極（A）電極反應式：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陽極生成氧氣為1mol，陰極析出Cu為2mol；
當反接電源時，電解池的陰極、陽極發生相應的變化，且原先附著在石墨上的Cu此時成了陽極，參加電極反應．當電源反接后，B極又產生1mol O₂，反接后共轉移電子8mol，若陰極只有Cu²⁺放電，則在陰極上析出4mol銅，則溶液質量減少4mol×64g/mol+2mol×32g/mol=320g＞227g，故反應后CuSO₄中Cu²⁺已放電完畢，A極上亦有H⁺放電，溶液中CuSO₄的物質的量小于4mol．
（1）B極參加的質量為析出Cu的質量，根據m=nM計算；
（2）設反接后陰極析出Cu為xmol、析出氫氣為ymol，結合溶液減少質量、電子轉移守恒列方程計算Cu的物質的量，再根據Cu元素守恒計算CuSO₄的物質的量，進而計算原CuSO₄溶液的物質的量濃度．

解答 解：當用惰性電極電解CuSO₄溶液時，其總反應式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，A極產生氣體，B極析出固體，則A為陽極、B為陰極，陰極（B）電極反應式：2Cu²⁺+4e^-=2Cu，陽極（A）電極反應式：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陽極生成氧氣為$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，由于電子轉移守恒，可知陰極析出Cu為2mol；
當反接電源時，電解池的陰極、陽極發生相應的變化，且原先附著在石墨上的Cu此時成了陽極，參加電極反應．當電源反接后，B極又產生O₂為$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，反接后共轉移電子為1mol×4+2mol=8mol，若陰極只有Cu²⁺放電，根據電子轉移守恒，則在陰極上析出銅為$\frac{8mol}{2}$=4mol，則溶液質量減少4mol×64g/mol+2mol×32g/mol=320g＞227g，故反應后CuSO₄中Cu²⁺已放電完畢，A極上亦有H⁺放電，溶液中CuSO₄的物質的量小于4mol，
（1）A極上產生22.4L（標況）氣體時，B極參加的質量為析出Cu的質量，B極增加的質量為2mol×64g/mol=128g，
答：B極增加的質量為128g；
（2）設反接后陰極析出Cu為xmol、析出氫氣為ymol，結合溶液減少質量，則：64x+2y+2×32=227，
根據電子轉移守恒：2x+2y=8，
聯立方程解得：x=2.5、y=1.5，
所以n（CuSO₄）=n（Cu）=2.5mol，c（CuSO₄）=$\frac{2.5mol}{1L}$=2.5mol/L，
答：原CuSO₄溶液的物質的量濃度為2.5mol/L．

點評 本題考查電解原理的有關計算，判斷電源反接后發生的反應是關鍵，側重考查學生分析計算能力，難度較大．