题目内容

6．在25℃时，用石墨电极电解2.0L2.5mol/LCuSO4溶液．5min后，在一个石墨电极上有6.4gCu生成．试回答：
（1）电解反应的离子方程式为2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4；
（2）若电解后溶液的体积不变，则电解后电解液的pH为1；
（3）若要将溶液恢复到与电解前一样，则需加入CuO或CuCO3；（填化学式）
（4）甲烷、氧气、氢氧化钾溶液组成的燃料电池，负极的反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，若由该燃料电池为上述电解反应提供电源，完成上述电解过程，理论上消耗CH40.4g，反应中转移的电子数为0.2mol．

分析 在25℃时，用石墨电极电解2.0 L2.5mol/LCuSO4溶液中Cu2+物质的量为2×2.5=5mol，5min后，在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成物质的量为0.1mol；
（1）电解CuSO4溶液的实质是电解盐和水，根据电极反应书写电解方程式；
（2）依据电极反应电子守恒，生成铜物质的量为0.1mol，电子转移为0.2mol；
阳极反应为4OH--4e-═2H2O+O2↑
0.2mol 0.2mol 0.05mol
阴极反应为2Cu2++4e-═2Cu
0.1mol 0.2mol 0.1mol
所以电解过程中电子转移为0.2mol；
生成氧气的体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
溶液的PH的计算可以依据水电离出的氢离子和氢氧根离子守恒，减少氢氧根离子0.2mol，溶液中增加氢离子0.2mol，c（H+）=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L；pH=-lgC（H+）=1；
（3）根据缺什么加什么，结合电解方程式计算出需要加入的物质；
（4）根据负极上的电极反应式等于电池的总反应式-正极发生的电极方程式；根据得失电子守恒计算．

解答 解：在25℃时，用石墨电极电解2.0 L2.5mol/LCuSO4溶液中Cu2+物质的量为2×2.5=5mol，5min后，在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成物质的量为0.1mol；
（1）电解硫酸铜时，阳极上是氢氧根放电，阴极上是铜离子放电，阴极反应：2Cu2++4e-→2Cu，阳极反应：4OH-→4e-+2H2O+O2↑，电解时反应的总离子方程式为：2Cu2++2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+4H++O2↑，故答案为：2Cu2++2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+4H++O2↑；
（2）依据电极反应电子守恒，生成铜物质的量为0.1mol，电子转移为0.2mol；
阳极反应为4OH--4e-═2H2O+O2↑
0.2mol 0.2mol 0.05mol
阴极反应为2Cu2++4e-═2Cu
0.1mol 0.2mol 0.1mol
所以电解过程中电子转移为0.2mol；
生成氧气的体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
减少氢氧根离子0.2mol，溶液中增加氢离子0.2mol，c（H+）=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L，pH=-lgc（H+）=1，
故答案为：1；
（3）根据电解的离子方程式2Cu2++2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+4H+，电解后析出了金属铜和有氧气放出，所以要想溶液复原，需加入 CuO或CuCO3，故答案为：CuO或CuCO3；
（4）负极上的电极反应式等于电池的总反应式-正极发生的电极方程式；以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，惰性电极可构成燃料电池，正极反应为：3O2+12H2O+12e-=12OH-，总反应式为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，两式相减，负极反应为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，又上述电解池生成0.1mol铜即转移0.2mol电子，则根据CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，所以消耗CH4 为$\frac{0.2}{8}$×16=0.4g，反应中转移的电子数为0.2mol；
故答案为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；0.4g；0.2mol．

点评 本题考查了电解原理的应用，电极反应的判断，电极反应的书写方法，电子守恒的计算应用，燃料电池的原理分析和计算应用．

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