Question

20．如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液，足量的CuSO₄溶液和100g10.00%的K₂SO₄溶液，电极均为石墨电极．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端为正极，电极b上发生的电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（2）电解前后甲溶液 pH增大；乙溶液 pH减小；丙溶液 pH不变．（填“变大”、“变小”或“不变”）
（3）电极b上生成的气体在标准状况下的体积2.8L；电极c的质量变化是16g．
（4）写出乙溶液中的电解反应的化学方程式：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，需加入CuO（填物质化学式）20g可使该电解质溶液复原．

Answer 1

分析 乙为足量的CuSO₄溶液，接通电源，经过一段时间后，乙中c电极质量增加，由此可知c为电解池的阴极，则d为阳极，M为负极，N为正极，a为阴极，
b为阳极，e为阴极，f为阳极，电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，结合电解规律和离子的放电顺序可解答该题．

解答 解：（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；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：正；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（2）甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，pH变大；乙中阴极为Cu²⁺放电，阳极为OH^-放电，电解方程式为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，所以H⁺增多，故pH减小；丙中为电解水，对于K₂SO₄而言，其pH几乎不变，
故答案为：增大；减小；不变；
（3）丙中为K₂SO₄，相当于电解水，设电解的水的质量为x．由电解前后溶质质量相等有，100×10%=（100-x）×10.47%，得x=4.5g，故为0.25mol．
由方程式2H₂+O₂═2H₂O可知，生成2molH₂O，转移4mol电子，所以整个反应中转化0.5mol电子，
电极b发生：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
则生成O₂为$\frac{0.5mol}{4}$=0.125mol，标况下的体积为0.125×22.4=2.8L，
整个电路是串联的，所以每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的，根据电极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，可知转移0.5mol电子生成的m（Cu）=$\frac{0.5}{2}$mol×64g/mol=16g．
故答案为：2.8L；16g；
（4）乙溶液中的电解反应的化学方程式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，转移0.5mol电子，则阴极析出0.25molCu，阳极析出0.125mol氧气，相当于0.25molCuO，质量为0.25mol×80g/mol=20g，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；CuO；20．

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．