Question

6．如图，A为直流电源，B为电解槽，c、d为石墨电极，B中存放有100mL NaCl和CuCl₂的混合溶液，其中Cu²⁺的物质的量浓度为0.1mol/L，闭合K，d极收集到标准状况下448mL的一种气体甲，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝．气体体积均在标准状况下测定，假设溶液的体积变化忽略不计，不考虑电解产生的气体溶解和吸收．请回答下列问题．
（1）A电源的a极是负极
（2）计算c极理论上收集到的气体的体积是0.224L（标准状况下）．
（3）假设100mL溶液中，c（Cu²⁺）=a mol/L，c（Na⁺）=b mol/L，Cu²⁺完全放电后，理论上d极产生甲气体的体积V范围是2.24aL≤V≤（2.24a+1.12b）L（用带a、b的代数式表示）．

Answer 1

分析 d极收集到标准状况下448mL的一种气体甲，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，则d极收集的气体为氯气，d极的电极方程式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，所以d为阳极，则b为正极，a为负极，c为阴极，阴极上先铜离子得电子，后氢离子得电子，则发生的电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，结合电子守恒进行计算分析．

解答 解：d极收集到标准状况下448mL的一种气体甲，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，则d极收集的气体为氯气，d极的电极方程式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，所以d为阳极，则b为正极，a为负极，c为阴极，阴极上先铜离子得电子，后氢离子得电子，则发生的电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，
（1）A电源的a极是负极；故答案为：负极；
（2）d极的电极方程式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，氯气为0.448L，则其物质的量为0.02mol，所以转移电子为0.04mol，n（Cu²⁺）=0.1mol/L×0.1L=0.01mol，所以铜离子得到的电子为0.02mol，氢离子得到的电子为0.04mol-0.02mol=0.02mol，由2H⁺+2e^-=H₂↑可知，生成的氢气为0.01mol，其体积为0.01mol×22.4L/mol=0.224L；
（3）若只发生CuCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑，则n（Cu）=0.1amol，V（Cl₂）=0.1amol×22.4L/mol=2.24aL，
若发生CuCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑，后又发生2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，第一个反应生成氯气为2.24aL，第二个反应生成氯气为0.1bmol×$\frac{1}{2}$×22.4L/mol=21.12bL，则一共生成2.24a+1.12bL，所以理论上d极产生甲气体的体积V范围是2.24aL≤V≤（2.24a+1.12b）L；
故答案为：2.24aL≤V≤（2.24a+1.12b）L．

点评 本题考查学生有关电解池的工作原理知识，注意把握阴阳两极上离子的放电顺序，明确电极反应式中电子与各物质之间的关系是解题的关键，题目难度中等．