Question

2．以石墨电极电解200mL CuSO₄溶液，电解过程中电子转移物质的量n（e^-）与产生气体总体积V（g）（标准状况）的关系如图所示．下列说法中（忽略溶液体积变化）正确的是（　　）

• A． 电解前CuSO₄溶液的物质的量浓度为2mol/L
• B． 电解后所得溶液中c（H⁺）═2mol/L
• C． 当n（e^-）=0.6mol时，V（H₂）：V（O₂）=3：2
• D． 向电解后的溶液中加入16gCuO，则溶液可恢复为电解前的浓度

Answer 1

分析 电解CuSO₄溶液时，阳极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，如果阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子曲线应该是直线，实际上是曲线，说明阴极上还有氢离子放电，电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，
A．当转移0.4mol电子时Cu²⁺完全析出，n（Cu²⁺）=$\frac{0.4mol}{2}$=0.2mol，根据Cu原子守恒得c（CuSO₄）=c（Cu²⁺）=$\frac{n}{V}$；
B．当转移0.4mol电子时，生成n（H₂SO₄）=0.2mol，c（H⁺）=$\frac{0.2mol×2}{0.2L}$=2mol/L；
C．当转移0.4mol电子时生成的气体完全是氧气，当转移电子0.4-0.6mol之间时生成的气体是氢气和氧气，且氢气和氧气的物质的量之比是2：1，根据氢气、氧气和转移电子之间关系式计算；
D．要使电解后的溶液恢复原状，应该采用“析出什么加入什么”原则加入物质．

解答 解：电解CuSO₄溶液时，阳极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，如果阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子曲线应该是直线，实际上是曲线，说明阴极上还有氢离子放电，电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，
A．当转移0.4mol电子时Cu²⁺完全析出，n（Cu²⁺）=$\frac{0.4mol}{2}$=0.2mol，根据Cu原子守恒得c（CuSO₄）=c（Cu²⁺）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，故A错误；
B．当转移0.4mol电子时，生成n（H₂SO₄）=0.2mol，因为忽略溶液体积变化，所以c（H⁺）=$\frac{0.2mol×2}{0.2L}$=2mol/L，故B正确；
C．当转移0.4mol电子时生成的气体完全是氧气，当转移电子0.4-0.6mol之间时生成的气体是氢气和氧气，且氢气和氧气的物质的量之比是2：1，则生成n（O₂）=$\frac{0.6mol}{4}$=0.15mol，生成n（H₂）=$\frac{0.2mol}{2}$=0.1mol，相同条件下，气体摩尔体积相等，所以其体积之比等于物质的量之比，则V（H₂）：V（O₂）=0.1mol：0.15mol=2：3，故C错误；
D．要使电解后的溶液恢复原状，应该采用“析出什么加入什么”原则加入物质，根据以上分析知，阴极上析出Cu、H₂，阳极上析出O₂，所以只加入CuO不能使溶液恢复原状，故D错误；
故选B．

点评 本题以电解原理为载体考查物质的量有关计算，明确离子放电顺序及电解过程中发生的反应是解本题关键，注意转移电子守恒的灵活运用，题目难度不大．