Question

3．某研究性學習小組用電解CuSO₄溶液的方法測定銅的相對原子質量（裝置如圖），實驗中測得某電極的質量增重為m g，已知氧元素相對原子質量為16．請回答：
（1）m g應為A極的質量增重（填A或B），電解總反應的離子方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（2）測定m g數據時，同學們稱量電解前電極的質量，電解后，用蒸餾水小心沖洗電極，烘干后再稱量電極質量．你認為在上述實驗過程中，至少要稱量電極3次；
（3）本實驗（電解CuSO₄溶液）中，學習小組采用兩套方案測定銅的相對原子質量．
①第一套方案中，同學們測得氣體的體積為V L（標準狀況），則銅的相對原子質量是（用m、V表示）$\frac{11.2m}{V}$；
②第二套方案中，需要測定的數據是A極增加的質量和整套裝置減少的質量或A極增加的質量、溶液的體積和電解后溶液的pH．

Answer 1

分析 （1）如果A為陽極，該裝置為電鍍池，陽極溶解Cu的質量與陰極析出Cu的質量相等，無法計算Cu的相對原子質量，所以A為陰極、B為陽極，Cu作陰極、石墨作陽極時，電解CuSO₄溶液，陽極上氫氧根離子放電、陰極上銅離子放電，質量增加的電極為陰極，同時溶液中還生成硫酸；
（2）需要稱量的有稱量電解前電極的質量、電極在烘干時有兩次稱量；
（3）①陽極上生成氧氣，根據轉移電子相等計算Cu的相對原子質量；
②還可以根據析出Cu和生成氧氣的關系式計算、析出Cu和生成硫酸的關系式計算

解答 解：（1）如果A為陽極，該裝置為電鍍池，陽極溶解Cu的質量與陰極析出Cu的質量相等，無法計算Cu的相對原子質量，所以A為陰極、B為陽極，實驗中測得某電極的質量增重為m g，則應該為A極；
Cu作陰極、石墨作陽極時，電解CuSO₄溶液，陽極上氫氧根離子放電、陰極上銅離子放電，質量增加的電極為陰極，同時溶液中還生成硫酸，電池反應式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案為：A；2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（2）需要稱量的有稱量電解前電極的質量、電極在烘干時有兩次稱量，則需要3次稱量，故答案為：3；
（3）①陽極上生成氧氣，根據2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄知，氧氣體積為VL時，M（Cu）=$\frac{22.4L/mol×mg}{2VL}$=$\frac{11.2m}{V}$g/mol，Cu的相對原子質量與其摩爾質量在數值上相等，所以Cu的相對原子質量為$\frac{11.2m}{V}$，故答案為：$\frac{11.2m}{V}$；
②根據2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄知，要計算Cu的相對原子質量，
還可以根據析出Cu的質量、生成氧氣的質量之間的關系式計算，生成氧氣的質量等于整套裝置減少的質量；
還可以根據析出Cu的質量、硫酸的物質的量之間的關系式計算，要計算硫酸的物質的量，需要知道電解后溶液的體積、電解后溶液的pH（可由此計算出溶液中H⁺的物質的量濃度）；
故答案為：A極增加的質量和整套裝置減少的質量或A極增加的質量、溶液的體積和電解后溶液的pH．

點評 本題以電解原理為載體考查了實驗測定Cu的相對原子質量，為高頻考點，側重考查學生分析判斷及計算能力，明確各個物理量之間的關系是解本題關鍵，易錯點是（2）題稱量次數判斷，題目難度不大．