Question

3．某研究性学习小组用电解CuSO₄溶液的方法测定铜的相对原子质量（装置如图），实验中测得某电极的质量增重为m g，已知氧元素相对原子质量为16．请回答：
（1）m g应为A极的质量增重（填A或B），电解总反应的离子方程式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（2）测定m g数据时，同学们称量电解前电极的质量，电解后，用蒸馏水小心冲洗电极，烘干后再称量电极质量．你认为在上述实验过程中，至少要称量电极3次；
（3）本实验（电解CuSO₄溶液）中，学习小组采用两套方案测定铜的相对原子质量．
①第一套方案中，同学们测得气体的体积为V L（标准状况），则铜的相对原子质量是（用m、V表示）$\frac{11.2m}{V}$；
②第二套方案中，需要测定的数据是A极增加的质量和整套装置减少的质量或A极增加的质量、溶液的体积和电解后溶液的pH．

Answer 1

分析 （1）如果A为阳极，该装置为电镀池，阳极溶解Cu的质量与阴极析出Cu的质量相等，无法计算Cu的相对原子质量，所以A为阴极、B为阳极，Cu作阴极、石墨作阳极时，电解CuSO₄溶液，阳极上氢氧根离子放电、阴极上铜离子放电，质量增加的电极为阴极，同时溶液中还生成硫酸；
（2）需要称量的有称量电解前电极的质量、电极在烘干时有两次称量；
（3）①阳极上生成氧气，根据转移电子相等计算Cu的相对原子质量；
②还可以根据析出Cu和生成氧气的关系式计算、析出Cu和生成硫酸的关系式计算

解答 解：（1）如果A为阳极，该装置为电镀池，阳极溶解Cu的质量与阴极析出Cu的质量相等，无法计算Cu的相对原子质量，所以A为阴极、B为阳极，实验中测得某电极的质量增重为m g，则应该为A极；
Cu作阴极、石墨作阳极时，电解CuSO₄溶液，阳极上氢氧根离子放电、阴极上铜离子放电，质量增加的电极为阴极，同时溶液中还生成硫酸，电池反应式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案为：A；2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（2）需要称量的有称量电解前电极的质量、电极在烘干时有两次称量，则需要3次称量，故答案为：3；
（3）①阳极上生成氧气，根据2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄知，氧气体积为VL时，M（Cu）=$\frac{22.4L/mol×mg}{2VL}$=$\frac{11.2m}{V}$g/mol，Cu的相对原子质量与其摩尔质量在数值上相等，所以Cu的相对原子质量为$\frac{11.2m}{V}$，故答案为：$\frac{11.2m}{V}$；
②根据2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄知，要计算Cu的相对原子质量，
还可以根据析出Cu的质量、生成氧气的质量之间的关系式计算，生成氧气的质量等于整套装置减少的质量；
还可以根据析出Cu的质量、硫酸的物质的量之间的关系式计算，要计算硫酸的物质的量，需要知道电解后溶液的体积、电解后溶液的pH（可由此计算出溶液中H⁺的物质的量浓度）；
故答案为：A极增加的质量和整套装置减少的质量或A极增加的质量、溶液的体积和电解后溶液的pH．

点评 本题以电解原理为载体考查了实验测定Cu的相对原子质量，为高频考点，侧重考查学生分析判断及计算能力，明确各个物理量之间的关系是解本题关键，易错点是（2）题称量次数判断，题目难度不大．