Question

如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g 5.00%的NaOH溶液、一定量的CuSO₄溶液和100g 10.00%的K₂SO₄溶液，电极均为石墨电极．

（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K₂SO₄浓度为10.47%，乙中c电极质量增加．据此回答问题：
①电源的N端为

 

极；
②电极b上发生的电极反应为

 

；
③电极b上生成的气体在标准状况下的体积为

 

；
（2）如果电解一段时间后，向乙烧杯所得溶液中加入0.1mol碱式碳酸铜（Cu₂（OH）₂CO₃）后使烧杯溶液恢复到电解前的浓度和PH（不考虑二氧化碳的溶解），则电解过程中共转移电子的物质的量为

 

mol．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）①乙中C电极质量增加，则c处发生的反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，即C处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极．丙中为K₂SO₄，相当于电解水，设电解的水的质量为x．由电解前后溶质质量相等有，100×10%=（100-x）×10.47%，得x=4.5g，故为0.25mol．由方程式2H₂+O₂═2H₂O可知，生成2molH₂O，转移4mol电子，所以整个反应中转化0.5mol电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的；
②甲中为NaOH，相当于电解H₂O，阳极b处为阴离子OH^-放电，即4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
③转移0.5mol电子，则生成O₂为0.5/4=0.125mol，标况下的体积为0.125×22.4=2.8L；
（2）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氧化铜和水，所以实际上电解硫酸铜溶液分两个阶段：
第一阶段2CuSO₄+2H₂O

通电  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，
第二阶段：2H₂O

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）①乙杯中c质量增加，说明Cu沉积在c电极上，电子是从b-c移动，M是负极，N为正极，故答案为：正极；
②甲中为NaOH，相当于电解H₂O，阳极b处为阴离子OH^-放电，即4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
③丙中为K₂SO₄，相当于电解水，设电解的水的质量为x．由电解前后溶质质量相等有，100×10%=（100-x）×10.47%，得x=4.5g，故为0.25mol．由方程式2H₂+O₂═2H₂O可知，生成2molH₂O，转移4mol电子，所以整个反应中转化0.5mol电子，则生成O₂为0.5/4=0.125mol，标况下的体积为0.125×22.4=2.8L，故答案为：2.8L；
（2）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氧化铜和水，所以实际上电解硫酸铜溶液分两个阶段：
第一阶段2CuSO₄+2H₂O

通电  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，
第二阶段：2H₂O

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：本题为电化学知识的综合应用，做题时要注意根据电极反应现象判断出电解池的阴阳级，进而判断出电源的正负极，要注意三个电解池为串联电路，各电极上得失电子的数目相等．做题时要正确写出电极方程式，准确判断两极上离子的放电顺序．