Question

19．用惰性电极电解200mL一定浓度的硫酸铜溶液，实验装置如图①所示，电解过程中的实验数据如图②所示，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积（标准状况）．
（1）电解过程中，a电极表面的现象是红色固体物质析出，电解一段时间后放出气体；
（2）a电极上发生的反应为Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）从P点到Q点时收集到的混合气体的平均摩尔质量为12 g•mol^-1；
（4）如果要使溶液恢复到电解前的状态，向溶液中加入0.8g CuO即可，则电解后溶液的pH为1；
（5）如果向所得的溶液中加入0.1mol Cu₂（OH）₂CO₃后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑CO₂的溶解），电解过程中转移的电子为0.6mol．

Answer 1

分析 （1）由图可知，电流由正极流向负极，则b为阳极，a为阴极，发生电极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，据此回答；
（2）a为阴极，发生电极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，据此回答；
（3）到Q点时收集到的混合气体为氢气和氧气，由电解水反应可知0.2mol电子通过时生成0.1molH₂、0.05molO₂，据M=$\frac{m}{n}$计算；
（4）根据电解池的工作原理，要想让电解后的电解质复原，则遵循的原则是：出什么加什么，加入 Cu（OH）₂后溶液与电解前相同，则铜离子和氢氧根放电；
（5）电解硫酸铜溶液后溶液呈酸性，向电解后的溶液中加入碱式碳酸铜能恢复原溶液，碱式碳酸铜和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，溶液质量增加的量是铜、氢氧根离子，所以实际上电解硫酸铜溶液分两个阶段：第一阶段2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，第二阶段：2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，
将碱式碳酸铜化学式改变为2CuO•H₂O•CO₂，所以加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃ 就相当于加入0.2molCuO和0.1mol水，根据氧化铜和水的量计算即可．

解答 解：（1）由图可知，电流由正极流向负极，则b为阳极，a为阴极，惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，发生2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，结合图2可知，通过0.2mol电子时电解硫酸铜，然后电解硫酸溶液，发生2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，a为阴极，先发生Cu²⁺+2e^-=Cu，后发生2H⁺+2e^-=H₂↑，电极表面的现象是红色固体物质析出，电解一段时间后放出气体，故答案为：红色固体物质析出，电解一段时间后放出气体；
（2）a为阴极，先发生Cu²⁺+2e^-=Cu，后发生2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）到Q点时收集到的混合气体为氢气和氧气，由电解水反应可知0.2mol电子通过时生成0.1molH₂、0.05molO₂，则混合气体的平均摩尔质量为$\frac{0.1×2+0.05×32}{0.1+0.05}$g/mol=12g•mol^-1，故答案为：12；
（4）由信息可知，电解发生2H₂O+2CuSO₄$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄ ，向所得溶液中加入0.8g即$\frac{0.8g}{80g/mol}$=0.01mol CuO充分反应后，溶液恰好恢复到电解前的状态，则电解中生成0.01molCu，同时生成0.01molH₂SO₄，所以电解后溶液的C（H⁺）=$\frac{0.01×2mol}{0.2L}$=0.1mol/L，pH=1．
故答案为：1；
（5）电解硫酸铜溶液后溶液呈酸性，向电解后的溶液中加入碱式碳酸铜能恢复原溶液，碱式碳酸铜和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，溶液质量增加的量是铜、氢氧根离子，所以实际上电解硫酸铜溶液分两个阶段：
第一阶段2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
第二阶段：2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，
将碱式碳酸铜化学式改变为2CuO•H₂O•CO₂，所以加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃ 就相当于加入0.2molCuO和0.1mol水，
第一阶段：根据铜原子守恒知，电解硫酸铜溶液析出n（Cu）=n（CuO）=0.2mol，转移电子的物质的量=0.2mol×2=0.4mol；
第二阶段：电解生成0.1mol水转移电子的物质的量=0.1mol×2=0.2mol，
所以电解过程中共转移的电子数为0.4mol+0.2mol=0.6mol，故答案为：0.6．

点评 本题考查电解原理，明确图象这电子转移与生成气体的关系及离子的放电顺序和实际上加入的物质是解答本题的关键，再根据原子守恒、转移电子守恒来分析解答，难度中等．