Question

在如圖用石墨作電極的電解池中，放入500mL含一種溶質的某藍色溶液進行電解，觀察到A電極表面有紅色的固態物質生成，B電極有無色氣體生成．請回答下列問題：
（1）請寫出B極板的名稱及反應式：

 

．
（2）寫出電解時反應的總離子方程式

 

．
（3）若當溶液中的原有溶質完全電解后，停止電解，取出A電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重1.6g．電解后溶液的pH為

 

；要使電解后溶液恢復到電解前的狀態，則需加入

 

，其質量為

 

．（假設電解前后溶液的體積不變）
（4）若原溶液為1L K₂SO₄、CuSO₄的混合溶液，且c（SO₄^2-）=2.0mol/L；如圖裝置電解，當兩極都收集到22.4L氣體（標準狀況）時，停止電解．則原溶液中的c（K⁺）為多少？（請簡單表示計算過程）

Answer 1

分析：電解該溶液時，A極上有金屬單質銅生成，則A是陰極，B是陽極，陽極上有無色氣體生成，該氣體是氧氣，則該溶液為含氧酸的銅鹽，
（1）B是陽極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣；
（2）陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子放電生成銅；
（3）根據銅和氫離子之間的關系式計算氫離子濃度，pH=-lgc(H+)；根據“析出什么加入什么”的原則加入物質；
（4）電解混合溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上先銅離子放電后氫離子放電，根據轉移電子守恒計算析出銅的物質的量，再根據電解質溶液中電荷守恒計算鉀離子濃度．

解答：解：（1）A電極表面有紅色的固態物質生成，B電極有無色氣體生成，說明A電極析出金屬銅，則A為陰極，B為陽極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，電極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：陽極；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（2）A電極表面有紅色的固態物質生成，B電極有無色氣體生成，說明A電極析出金屬銅，則A為陰極，B為陽極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，所以電池反應式為：2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，
故答案為：2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+4H⁺；
（3）析出銅的物質的量=

1.6g

64g/mol

=0.025mol，根據2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+4 H⁺中銅和氫離子的關系式得n（H⁺）=2n（Cu）=0.05mol，c（ H⁺）=

0.05mol

0.5L

=0.1mol/L，則溶液的pH=1；
陽極上生成氧氣，陰極上生成銅，所以析出的物質就相當于CuO，根據銅原子守恒得m（CuO）=n（CuO）．M（CuO）=n（Cu）．M（CuO）=0.025mol×80g/mol=2g，
根據析出什么加入什么的原則知，為了使溶液恢復原狀，可以加入2g氧化銅，也可以加入碳酸銅，根據原子守恒得m（CuCO₃）=n（CuCO₃）．M（CuCO₃）=n（CuO）M（CuCO₃）=0.025mol×124g/mol=3.2g，
故答案為：1；CuO 2（或CuCO₃3.2）
（4）電解混合溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上先銅離子放電后氫離子放電，由電子守恒可知：2n（Cu²⁺）+2n（H₂）=4n（O₂），2n（Cu²⁺）+2×

22.4L

22.4L/mol

=4×

22.4L

22.4L/mol

，
得n（Cu²⁺）=1mol，
由電荷守恒可知：c（K⁺）+2c（Cu²⁺）=2c（SO₄^2-），c（K⁺）+2×

1mol

1L

=2×2.0mol/L，
c（K⁺）=2mol/L，
答：原溶液中c（K⁺）為2mol/L．

點評：本題考查了電解原理，根據電極上析出物質確定陰陽極，再根據銅和氫離子、氧氣之間的關系式進行計算，注意利用原子守恒、電荷守恒來分析解答，難度中等．