Question

8．常温下电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图中Ⅰ、Ⅱ所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），根据图中信息进行下列计算：（要求写出计算步骤）
（1）原混合溶液中CuSO₄的物质的量浓度．
（2）电解至t₃时，消耗水的质量．

Answer 1

分析 电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，阳极发生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极发生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系，以此来计算．

解答 解：电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，阳极发生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极发生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系，
（1）由图可知，产生氯气为224mL，则由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，所以c（NaCl）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
由t₂时生成氧气为112mL，n（O₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，则共转移电子为0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根据电子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol，所以c（CuSO₄）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
答：原混合溶液NaCl和CuSO₄的物质的量浓度均为0.1mol/L；
（2）电解至t₃时，电解生成氧气为672-224mL=448mL，均来源于水，由2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，n（H₂O）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$×2=0.04mol，所以电解水的质量为0.04mol×18g/mol=0.72g，答：电解至t₃时，消耗水的质量为0.72g．

点评 本题考查电解原理，明确发生的电极反应及图图象的对应关系是解答本题的关键，注意（2）中计算电解水的质量可利用生成氧气的体积直接计算，题目难度中等．