Question

4．在 500g CuSO ₄溶液中插入两根电极，一极为铜，一极为粗铜（含锌）．通电电解至粗铜刚好全部溶解掉，这时铜极质量增加 7.04g，电解质溶液质量增加 0.02g．求粗铜中含锌的质量分数．

Answer 1

分析 Cu电极为阴极，发生反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，阴极质量增重7.04g为析出Cu的质量，粗铜为阳极，由金属性Zn＞Cu，故开始发生反应：Zn-2e^-=Zn²⁺，Zn放电完全后，再发生反应：Cu-2e^-=Cu²⁺，溶液质量增重为反应Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺所致，利用差量法计算Zn的质量，Zn放电时生成Cu的质量，由于Cu放电时，阳极溶解的Cu与阴极析出的Cu相等，故粗铜中Cu的质量=7.04g-Zn放电时生成Cu的质量．

解答 解：Cu电极为阴极，发生反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，阴极质量增重7.04g为析出Cu的质量，粗铜为阳极，由金属性Zn＞Cu，故开始发生反应：Zn-2e^-=Zn²⁺，Zn放电完全后，再发生反应：Cu-2e^-=Cu²⁺，溶液质量增重为反应Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺所致，
设Zn的质量为m，Zn放电生成Cu为n，则：
Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺  溶液质量增重
65            64            65-64=1
m             n             0.02g
所以m=$\frac{0.02g×65}{1}$=1.3g
n=$\frac{0.02g×64}{1}$=1.28g
粗铜总质量为（7.04g-1.28g）+1.3g=7.06g
故粗铜中Zn的质量分数为$\frac{1.3g}{7.06g}$×100%=18.4%，
答：粗铜中含锌的质量分数为18.4%．

点评 本题考查电解原理及有关计算，关键是根据离子放电顺序理解溶液增重原因、阴极质量增重不等于粗铜中Cu的质量，属于易错题目，学生容易认为阴极增重质量为粗铜中含有Cu的质量，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，难度中等．