Question

如图：以一铜锌合金为阳极，一纯铜为阴极（起始时两电极质量相等），进行电解，电解液为硫酸铜溶液，当外电路有1.806×10²³个电子转移时，阴极比阳极重19.25g，求铜锌合金中铜的质量分数．
（已知：电极反应式为  阳极：Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺阴极：Cu²⁺+2e^-=Cu  ）

Answer 1

分析：电解时，阳极材料是较活泼的金属，在电流的作用下合金失电子，阴极上铜离子得电子，两电极的质量差为：阴极上增加的质量加上阳极上减少的质量；根据反应方程式列方程组求出铜、锌的质量，再根据质量分数公式计算即可．

解答：解：电解时，设阳极上消耗锌的物质的量为xmol，消耗铜ymol，
转移的电子的物质的量为

1.806×1023个

6.02×1023个/mol

=0.3mol
Zn-2e^-=Zn²⁺
1  2
x  2x
Cu-2e^-=Cu²⁺
1  2
y  2y
所以阳极失电子的物质的量为2x+2y=0.3mol①，
Cu²⁺+2e^-=Cu  
    2mol 1mol
  0.3mol  0.15mol
所以生成的铜的质量为 0.15mol×64g/mol=9.6g，
两电极上的质量差为：阴极上增加的质量加上阳极上减少的质量=9.6g+65x+64y=19.25g②
所以①②②组成方程组为

2x+2y=0.3mol 9.6g+65x+64y=19.25g

解得

x=0.05 y=0.1

铜锌合金中铜的质量分数为

64g/mol×0.1mol

64g/mol×0.1mol+65g/mol×0.05mol

×100%=66.3%．
答：铜锌合金中铜的质量分数为66.3%．

点评：本题以电解原理为载体考查了有关氧化还原反应的计算，计算时要注意：两电极上的质量差为阴极上增加的质量加上阳极上减少的质量，只有明确两电极的质量差才能正确解答本题．