Question

3．在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g．试回答下列问题．
（1）电源中X电极为直流电源的负极．
（2）A中发生反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（3）B中电解一段时间后，溶液的PH如何变化变小（填：变大、变小或不变），若要使溶液恢复原状，可向溶液中加入适量的CuO或CuCO₃．
（4）写出以下电极反应式
①C中的Ag电极Ag-e^-═Ag⁺．
②B中的阳极4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
（5）通电5min时，B中共收集224mL（标准状况下）气体，溶液体积为200mL，则通电前CuSO₄溶液的物质的量浓度为0.025mol/L（设电解前后溶液体积无变化）．
（6）若电解中的直流电源为甲烷燃料电池（KOH为电解质），则电池的负极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）由铜电极的质量增加，则Cu电极为阴极，可知X为电源的负极；
（2）A为电解氯化钾溶液，生成氯气、氢气和氢氧化钾；
（3）B中电解硫酸铜溶液生成硫酸，pH减小；本着“出来什么，加入什么物质的组合”的原理来分析加入的物质；
（4）①C中的Ag电极为阳极，银本身放电；
②B中的阳极上OH^-放电；
（5）根据电极反应及电子守恒来计算；
（6）在碱性甲烷燃料电池中，负极上是甲烷放电生成CO₃^2-，结合碱性环境来分析电极方程式的书写．

解答 解：（1）由铜电极的质量增加，发生Ag⁺+e^-═Ag，则Cu电极为阴极，Ag为阳极，Y为正极，可知X为电源的负极，故答案为：负；
（2）A为电解氯化钾溶液，生成氯气、氢气和氢氧化钾，方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，故答案为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（3）B中电解硫酸铜溶液生成硫酸，溶液中氢离子浓度增大，pH减小；B池中阴极的电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，阳极电极反应为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故从B池中出来的物质由铜和氧气，故要使电解液复原，应加入CuO或CuCO₃，故答案为：变小，CuO或CuCO₃；
（4）①C中的Ag电极为阳极，银本身放电，故电极反应为：Ag-e^-═Ag⁺，故答案为：Ag-e^-═Ag⁺；
②B中的阳极上OH^-放电，电极反应为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
（5）C中阴极反应为Ag⁺+e^-═Ag，n（Ag）=$\frac{2.16g}{108g/mol}$=0.02mol，则转移的电子为0.02mol，B中阳极反应为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，则转移0.02mol电子生成氧气为0.005mol，其体积为0.005mol×22.4L/mol=0.112L=112mL，
则在阴极也生成112mL气体，由2H⁺+2e^-═H₂↑，则氢气的物质的量为0.005mol，该反应转移的电子为0.01mol，
则Cu²⁺+2e^-═Cu中转移0.01mol电子，所以Cu²⁺的物质的量为0.005mol，通电前c（CuSO₄）=$\frac{0.005mol}{0.2L}$=0.025 mol•L^-1；
故答案为：0.025mol/L；
（6）在碱性甲烷燃料电池中，负极上是甲烷放电生成CO₃^2-，结合碱性环境可知电极方程式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

点评 本题考查电解原理，明确Cu电极的质量增加是解答本题的突破口，并明确发生的电极反应及电子守恒即可解答，注意计算时电子守恒的应用，题目难度中等．