Question

以石墨为电极，电解1L硫酸铜和氯化钠的混合溶液，其中硫酸铜与氯化钠的物质的量之和为0.2mol，硫酸铜的物质的量占总物质的量的比值为x。
（1）若x=0.5，当Cu²⁺在阴极恰好全部析出时，阳极产生的气体是什么？其物质的量是多少？所得溶液的pH是多少？
⑵电解一段时间后，阴、阳两极产生气体的物质的量恰好相等，均为0.16mol，求此时x的值

Answer 1

Cl₂  0.05mol  O₂  0.025 mol      1     0.6

（1）若x=0.5，则硫酸铜是0.1mol，氯化钠是0.1mol。阴极首先是铜离子放电，Cu^2＋＋2e^－=Cu，所以当铜离子放电完毕之后，转移的电子是0.2mol。在阳极上先是氯离子放电，2Cl^－－2e^－=Cl₂↑。氯化钠是0.1mol，生成氯气0.05mol，转移电子是0.1mol，所以根据得失电子守恒可知，在阳极上还有氧气生成。因为4OH^－－4e^－=2H₂O＋O₂↑，所以氧气是
。则同时产生的氢离子是0.1mol，浓度为0.1mol/L，pH是1.
（2）阴、阳两极均产生气体，说明在阴极上当铜离子放电完毕之后，溶液中的氢离子开始放电，2H^＋＋2e^－=H₂↑，氢气是0.16mol，得到电子0.32mol。原混合液中氯化钠最多是0.2mol，即氯离子最多失去0.2mol电子，所以阳极一定还有氧气生成。硫酸铜是0.2xmol，需要得到电子0.4xmol。氯化钠是0.2（1－x）mol。生成氯气是0.1（1－x）mol，则氧气的物质的量是0.16mol－0.1（1－x）mol＝（0.06mol＋0.1xmol）。根据得失电子守恒可知0.32mol＋0.4xmol＝0.2（1－x）mol＋4×（0.06mol＋0.1xmol），解得x＝0.6.