题目内容
常温下用惰性电极电解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（以下气体体积已换算成标准状况下的体积）．根据图中信息回答下列问题．（1）通过计算推测：
①原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度．
c（NaCl）=
②t2时所得溶液的pH=
（2）若用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液200mL，经过一段时间后两极均得到224mL气体，则原混合溶液中氯离子浓度的取值范围为
考点：电解原理
专题：电化学专题
分析：本题的关健是对图象的解读．刚开始时阴极Cu2+得电子，无气体放出，Cu2+反应完溶液中的H+放电，Ⅰ是H2，阳极先是溶液中的Cl-放电，反应完后溶液中的OH-放电，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，计算时抓住电子守恒．
解答：
解：（1）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）=
×2=0.02mol，所以c（NaCl）=
=0.1mol/L，
由t2时生成氧气为112mL，n（O2）=
=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）=
=0.02mol，所以c（CuSO4）=
=0.1mol/L，
故答案为：0.1；0.1；
②由t2时4OH--4e-=O2↑+2H2O～4H+，n（H+）=0.005mol×4=0.02mol，则溶液的c（H+）=
=0.1mol/L，pH=1，
故答案为：1；
（2）根据题意，在阴极放电的离子有Cu2+、H+，在阳极放电的离子有Cl-、OH-，经过一段时间后两极分别得到224mL气体，设c（Cl-）=x，c（Cu2+）=y．
阴极反应：Cu2++2e-=Cu
0.2y 0.4y
2H++2e-=H2↑
0.02mol
=0.01mol
阳极反应：
2Cl--2e-=Cl2↑
0.2x 0.2x 0.1x
4OH--4e-=2H2O+O2↑
0.04mol-0.2x
mol-0.1x=0.01-0.1x
因为阳极生成的气体不可能全为O2，
所以0＜0.01-0.1x＜0.01，0＜x＜0.1，
又根据阴阳两极通过电子数相等得：0.4y+0.02=0.2x+0.08-0.4x，即x=0.3-2y，即0＜y＜0.05mol/L．
故答案为：0＜c（Cl-）＜0.1mol/L；0＜c（Cu2+）＜0.05mol/L．
| 0.224L |
| 22.4L/mol |
| 0.02mol |
| 0.2L |
由t2时生成氧气为112mL，n（O2）=
| 0.112L |
| 22.4L/mol |
根据电子守恒及Cu2++2e-=Cu可知，n（CuSO4）=
| 0.04mol |
| 2 |
| 0.02mol |
| 0.2L |
故答案为：0.1；0.1；
②由t2时4OH--4e-=O2↑+2H2O～4H+，n（H+）=0.005mol×4=0.02mol，则溶液的c（H+）=
| 0.02mol |
| 0.2L |
故答案为：1；
（2）根据题意，在阴极放电的离子有Cu2+、H+，在阳极放电的离子有Cl-、OH-，经过一段时间后两极分别得到224mL气体，设c（Cl-）=x，c（Cu2+）=y．
阴极反应：Cu2++2e-=Cu
0.2y 0.4y
2H++2e-=H2↑
0.02mol
| 0.224L |
| 22.4L/mol |
阳极反应：
2Cl--2e-=Cl2↑
0.2x 0.2x 0.1x
4OH--4e-=2H2O+O2↑
0.04mol-0.2x
| 0.224L |
| 22.4L/mol |
因为阳极生成的气体不可能全为O2，
所以0＜0.01-0.1x＜0.01，0＜x＜0.1，
又根据阴阳两极通过电子数相等得：0.4y+0.02=0.2x+0.08-0.4x，即x=0.3-2y，即0＜y＜0.05mol/L．
故答案为：0＜c（Cl-）＜0.1mol/L；0＜c（Cu2+）＜0.05mol/L．
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，注意把握电极反应式的书写，为解该题的关键，题目难度中等．
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