Question

6．用惰性電極電解200mL一定濃度的硫酸銅溶液，實驗裝置如圖①所示，電解過程中的實驗數據如圖②所示，橫坐標表示電解過程中轉移電子的物質的量，縱坐標表示電解過程中產生氣體的總體積（標準狀況）．
（1）b電極名稱陽極電解過程中，a電極表面的現象是紅色固體物質析出，電解一段時間后放出氣體
（2）a電極上發生的反應為Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑
（3）從P點到Q點時收集到的氣體成分H₂、O₂，混合氣體的平均摩爾質量為12g•mol^-1
（4）①如果向所得的溶液中加入0.8g CuO后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度，則電解后溶液的pH為1　（忽略溶液體積的變化）
②如果向所得的溶液中加入0.1mol Cu₂（OH）₂CO₃后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度（不考慮CO₂的溶解），電解過程中轉移的電子為0.6mol．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，電流由正極流向負極，則b為陽極，a為陰極，發生電極反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，據此回答；
（2）a為陰極，發生電極反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，據此回答；
（3）到Q點時收集到的混合氣體為氫氣和氧氣，由電解水反應可知0.2mol電子通過時生成0.1molH₂、0.05molO₂，據M=$\frac{m}{n}$計算；
（4）①根據電解池的工作原理，要想讓電解后的電解質復原，則遵循的原則是：出什么加什么，加入 Cu（OH）₂后溶液與電解前相同，則銅離子和氫氧根放電；
②電解硫酸銅溶液后溶液呈酸性，向電解后的溶液中加入堿式碳酸銅能恢復原溶液，堿式碳酸銅和硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳，溶液質量增加的量是銅、氫氧根離子，所以實際上電解硫酸銅溶液分兩個階段：第一階段2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，第二階段：2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，將堿式碳酸銅化學式改變為2CuO•H₂O•CO₂，所以加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃ 就相當于加入0.2molCuO和0.1mol水，根據氧化銅和水的量計算即可．

解答 解：（1）由圖可知，電流由正極流向負極，則b為陽極，a為陰極，惰性電極電解一定量的硫酸銅溶液，發生2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，結合圖2可知，通過0.2mol電子時電解硫酸銅，然后電解硫酸溶液，發生2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，a為陰極，先發生Cu²⁺+2e^-=Cu，后發生2H⁺+2e^-=H₂↑，電極表面的現象是紅色固體物質析出，電解一段時間后放出氣體，故答案為：陽極；紅色固體物質析出，電解一段時間后放出氣體；
（2）a為陰極，先發生Cu²⁺+2e^-=Cu，后發生2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）到Q點時收集到的混合氣體為氫氣和氧氣，由電解水反應可知0.2mol電子通過時生成0.1molH₂、0.05molO₂，則混合氣體的平均摩爾質量為$\frac{0.1×2+0.05×32}{0.1+0.05}$g/mol=12g•mol^-1，故答案為：12；
（4）①由信息可知，電解發生2H₂O+2CuSO₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄ ，向所得溶液中加入0.8g即$\frac{0.8g}{80g/mol}$=0.01mol CuO充分反應后，溶液恰好恢復到電解前的狀態，則電解中生成0.01molCu，同時生成0.01molH₂SO₄，所以電解后溶液的C（H⁺）=$\frac{0.01×2mol}{0.2L}$=0.1mol/L，pH=1．
故答案為：1；
②電解硫酸銅溶液后溶液呈酸性，向電解后的溶液中加入堿式碳酸銅能恢復原溶液，堿式碳酸銅和硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳，溶液質量增加的量是銅、氫氧根離子，所以實際上電解硫酸銅溶液分兩個階段：
第一階段2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
第二階段：2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，
將堿式碳酸銅化學式改變為2CuO•H₂O•CO₂，所以加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃ 就相當于加入0.2molCuO和0.1mol水，
第一階段：根據銅原子守恒知，電解硫酸銅溶液析出n（Cu）=n（CuO）=0.2mol，轉移電子的物質的量=0.2mol×2=0.4mol；
第二階段：電解生成0.1mol水轉移電子的物質的量=0.1mol×2=0.2mol，
所以電解過程中共轉移的電子數為0.4mol+0.2mol=0.6mol，故答案為：0.6．

點評 本題考查電解原理，明確圖象這電子轉移與生成氣體的關系及離子的放電順序和實際上加入的物質是解答本題的關鍵，再根據原子守恒、轉移電子守恒來分析解答，難度中等．