Question

18．常溫下電解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間變化的關系如圖中Ⅰ、Ⅱ所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），根據圖中信息進行下列計算：（要求寫出計算步驟）
（1）原混合溶液中NaCl和CuSO₄的物質的量濃度．
（2）電解至t₃時，消耗水的質量．

Answer 1

分析 電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，陽極發生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極發生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，結合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時間的關系，Ⅱ為陽極氣體體積與時間的關系，以此來計算．

解答 解：電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，陽極發生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極發生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，結合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時間的關系，Ⅱ為陽極氣體體積與時間的關系，
（1）由圖可知，產生氯氣為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，
由t₂時生成氧氣為112mL，n（O₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，則共轉移電子為0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根據電子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol，所以c（CuSO₄）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
答：原混合溶液NaCl和CuSO₄的物質的量濃度均為0.1mol/L；
（2）電解至t₃時，電解生成氧氣為672-224mL=448mL，均來源于水，由2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，n（H₂O）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$×2=0.04mol，所以電解水的質量為0.04mol×18g/mol=0.72g，答：電解至t₃時，消耗水的質量為0.72g．

點評 本題考查電解原理，明確發生的電極反應及圖圖象的對應關系是解答本題的關鍵，注意（2）中計算電解水的質量可利用生成氧氣的體積直接計算，題目難度中等．