Question

将0.3mol NaCl固体与0.1mol CuSO₄?5H₂O固体混合溶于水，配成1升混合液．然后取出200ml溶液，用石墨电极，通电一段时间（不考虑水解）．
求Cl^-正好全部变为氯气逸出时，阴极上产生的气体体积（标准状况下）是多少？
所得溶液的pH为多少（假设溶液体积不变）？

Answer 1

分析：（1）根据溶液中阴阳离子的放电顺序，判断每一阶段放电的离子，然后写出电解反应的离子方程式；
（2）先确定最后阶段放电的离子，再写出阴极上发生的电极反应式；
（3）先根据题意判断当阴极有气体产生时发生的电解反应，然后计算铜全部析出时剩余的氯离子的物质的量，根据氯离子的物质的量计算阴极上生成气体的体积．

解答：解：根据题意知，取出的溶液中含有的溶质的物质的量分别为：NaCl 0.06mol，CuSO₄ 0.02mol；溶液中阴阳离子的放电顺序分别为：阳离子放电顺序Cu²⁺＞H⁺＞Na⁺，阴离子放电顺序为Cl^-＞OH^-＞SO₄^2-，所以，该溶液电解三个阶段分别为：
第一阶段：Cu²⁺和Cl^-放电，生成氯气和铜．阴极电极反应Cu²⁺+2e^-=Cu，阳极电极反应2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
根据得失电子相等知，铜离子先完全电解，氯离子还剩0.02mol，所以发生第二阶段电解反应；
第二阶段：H⁺ 和Cl^-放电，生成氢气和氯气；
根据得失电子相等知，氯离子完全电解，发生第三阶段反应，
第三阶段：H⁺ 和OH^-放电，生成氢气和氧气．
根据以上分析知，第一阶段的电解反应为Cu²⁺+2Cl^-

通电  .

Cu+Cl₂
电解的最后阶段，H⁺ 在阴极上放电，OH^-的阳极上放电，分别生成氢气和氧气．
第一阶段根据得失电子相等知，铜离子先完全电解，氯离子还剩0.02mol，所以发生第二阶段电解反应；
当阴极上有气体生成时，发生的电解反应为：
2Cl^-+2H₂O

通电  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-
2                 22.4L   2
0.02mol          0.224L   0.02mol
阴极上生成氢气0.224L；生成氢氧根离子浓度=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L
溶液pH=13．
答：Cl^-正好全部变为氯气逸出时，阴极上产生的气体体积（标准状况下）是 0.224L；所得溶液的pH为13．

点评：本题考查了电解原理的分析判断，解题时注意以下几点：混合溶液中离子的放电顺序．发生电解反应的三个阶段．只有明确知道这些问题才能正确解答本题，题目难度较大．