Question

常溫下，電解200mL物質的量濃度都是0.2 mol/L NaCl和CuSO₄的混合液，理論上陰極收集到的氣體的體積為896mL
（氣體體積已換算成標準狀況下的氣體）
則：（1）寫出陰極、陽極兩極反應方程式；
    （2）陽極收集到氣體的體積為多少mL？

Answer 1

考點：電解原理

專題：電化學專題

分析：溶液中含有氯化鈉的物質的量為0.2L×0.2 mol/L=0.04mol，含有硫酸銅的物質的量為：0.2L×0.2 mol/L=0.04mol，即含有氯離子、銅離子的物質的量都是0.04mol，陰極上陽離子得到電子發生還原反應，銅離子先放電，然后氫離子放電；陽極上氯離子先放電，然后氫氧根離子再放電，依據陽極得到電子總數等于陰極失去電子總數計算陽極生成氣體的物質的量，進而計算標況下體積．

解答： 解：（1）200mL物質的量濃度都是0.2 mol/L NaCl和CuSO₄的混合液中含有氯離子、銅離子的物質的量都是0.04mol，陰極收集到的氣體的體積為896mL，物質的量為0.04mol，陽極上放電的離子依次是Cu²⁺、H⁺，電極反應式為：Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑；陰極上Cl^-、OH^-依次放電，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
答：陽極反應為Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑；陰極反應為2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）依據兩極得失電子守恒知：
陰極2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O
    2    2   1           4        4      1
0.04mol   n   n（Cl₂）             n′n（O₂） 
n（Cl₂）=0.04mol÷2=0.02mol
n（Cl₂）+n（O₂）=0.04mol  所以n（O₂）=0.02mol；
共失去電子數為：n+n′=0.04mol+0.08mol=0.12mol；
陽極：Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑；
         1       2                     2        1 
       0.04mol 0.08mol         0.12mol-0.08mol  n（H₂）
 n（H₂）=（0.12mol-0.08mol ）÷2=0.02mol，標況下氣體體積為：0.02mol×22.4L/mol=0.448L=44.8mL，
答：陽極收集到氣體的體積為44.8mL．

點評：本題考查了電解池電極反應式及相關計算，明確電解池工作原理是解題關鍵，注意離子放電順序及得失電子守恒規律的運用，題目難度中等．