Question

常溫下用惰性電極電解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（以下氣體體積已換算成標準狀況下的體積）．根據圖中信息回答下列問題．
（1）通過計算推測：
①原混合溶液中NaCl和CuSO₄的物質的量濃度．
c（NaCl）=

 

mol?L^-1，c（CuSO₄）=

 

mol?L^-1．
②t₂時所得溶液的pH=

 

．
（2）若用惰性電極電解NaCl和CuSO₄的混合溶液200mL，經過一段時間后兩極均得到224mL氣體，則原混合溶液中氯離子濃度的取值范圍為

 

，銅離子濃度的取值范圍為

 

．

Answer 1

考點：電解原理

專題：電化學專題

分析：本題的關健是對圖象的解讀．剛開始時陰極Cu²⁺得電子，無氣體放出，Cu²⁺反應完溶液中的H⁺放電，Ⅰ是H₂，陽極先是溶液中的Cl^-放電，反應完后溶液中的OH^-放電，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，計算時抓住電子守恒．

解答： 解：（1）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）=

0.224L

22.4L/mol

×2=0.02mol，所以c（NaCl）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，
由t₂時生成氧氣為112mL，n（O₂）=

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）=

0.04mol

2

=0.02mol，所以c（CuSO₄）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，
故答案為：0.1；0.1；
 ②由t₂時4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O～4H⁺，n（H⁺）=0.005mol×4=0.02mol，則溶液的c（H⁺）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，pH=1，
故答案為：1；
（2）根據題意，在陰極放電的離子有Cu²⁺、H⁺，在陽極放電的離子有Cl^-、OH^-，經過一段時間后兩極分別得到224mL氣體，設c（Cl^-）=x，c（Cu²⁺）=y．
陰極反應：Cu²⁺+2e^-=Cu
         0.2y 0.4y
    2H⁺+2e^-=H₂↑
    0.02mol 

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol
陽極反應：
     2Cl^--2e^-=Cl₂↑
   0.2x     0.2x  0.1x
     4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
    0.04mol-0.2x     

0.224L

22.4L/mol

mol-0.1x=0.01-0.1x
因為陽極生成的氣體不可能全為O₂，
所以0＜0.01-0.1x＜0.01，0＜x＜0.1，
又根據陰陽兩極通過電子數相等得：0.4y+0.02=0.2x+0.08-0.4x，即x=0.3-2y，即0＜y＜0.05mol/L．
故答案為：0＜c（Cl^-）＜0.1mol/L；0＜c（Cu²⁺）＜0.05mol/L．

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，注意把握電極反應式的書寫，為解該題的關鍵，題目難度中等．