Question

2．将100mL 4mol/L Cu（NO₃）₂溶液电解一段时间（用碳电极），在阳极收集到1.12L气体．将电解后溶液中加入铁粉，最多溶解的铁粉质量为（设反应前后溶液体积不变）（　　）

• A． 16.8g
• B． 22.4g
• C． 21g
• D． 19.6g

Answer 1

分析 n[Cu（NO₃）₂]=4mol/L×0.1L=0.4mol，用惰性电极电解该溶液时，阳极反应式为2H₂O^--4e^-=O₂↑+4H⁺，则收集的n（O₂）=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，转移电子物质的量=4n（O₂）=4×0.05mol=0.2mol，假设铜离子完全析出转移电子物质的量=2n（Cu ²⁺）=2n[Cu（NO₃）₂]=2×0.4mol=0.8mol＞0.2mol，所以铜离子部分析出，根据2H₂O^--4e^-=O₂↑+4 H⁺得n（H⁺）=4n（O₂）=0.2mol，Fe和硝酸反应方程式为3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，根据硝酸和Fe之间的关系式计算酸溶解铁的质量；铁还和铜离子发生置换反应生成亚铁离子，根据剩余铜离子计算铜离子消耗铁的质量，这两部分消耗铁的质量为总的消耗铁质量．

解答 解：n[Cu（NO₃）₂]=4mol/L×0.1L=0.4mol，用惰性电极电解该溶液时，阳极反应式为2H₂O^--4e^-=O₂↑+4H⁺，则收集的n（O₂）=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，转移电子物质的量=4n（O₂）=4×0.05mol=0.2mol，假设铜离子完全析出转移电子物质的量=2n（Cu ²⁺）=2n[Cu（NO₃）₂]=2×0.4mol=0.8mol＞0.2mol，所以铜离子部分析出，根据2H₂O^--4e^-=O₂↑+4 H⁺得n（H⁺）=4n（O₂）=0.2mol，Fe和硝酸反应方程式为3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，根据3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O得溶解n（Fe）=$\frac{3}{8}$n（HNO₃）=$\frac{3}{8}$×0.2mol=0.075mol，则酸溶解m（Fe）=0.075mol×56g/mol=4.2g；
铜离子和Fe发生置换反应生成Cu，根据转移电子守恒得发生置换反应消耗n（Fe）=n[Cu（NO₃）₂]=0.4mol-$\frac{0.2mol}{2}$=0.3mol，溶解m（Fe）=56g/mol×0.3mol=16.8g，
所以消耗铁的总质量=4.2g+16.8g=21g，故选C．

点评 本题以电解原理为载体考查化学方程式有关计算，正确判断各个电极上发生的反应是解本题关键，注意阴极析出物质成分的判断，要熟练运用转移电子守恒、原子守恒，很多同学往往漏掉Fe和铜离子的置换反应而导致错误，为易错题．