Question

16．电解原理在化学工业中有广泛的应用．如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连．请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式是2H⁺+2e^-=H₂↑，在X极附近观察到的现象是溶液呈红色．当电路中有0.2mol电子通过时，X极产生的气体在标准状况下体积为2.24L．
②检验Y电极反应产物的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸检验生成的气体，气体能使试纸变蓝色．
③写出电解的总化学方程式：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO₄溶液，则：
①X电极的材料是精铜．
②假设粗铜中的杂质只有金一种，电镀过程中溶液体积保持不变，则电解质溶液中CuSO₄的浓度不变（填“增大”“减小”“不变”），理由是粗铜做阳极，含有的金不失电子，只有铜失电子，阴极上溶液中铜离子得到电子生成铜，电子守恒可知溶液中铜离子浓度不变．
③假设精铜的纯度为100%，粗铜中的杂质只有金一种，并且金的含量为a%，当生成精铜bkg时，理论上通过电解池的电子数是$\frac{1000b}{32}$N_A，能获得金$\frac{ab}{100-a}$kg（只写出算式即可）

Answer 1

分析 （1）电解饱和氯化钠溶液时，由电源可知，X为阴极，Y为阳极，阳极上是氯离子离子失电子发生氧化反应生成氯气，阴极上是氢离子得电子发生还原反应生成氢气，电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气；
（2）①用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO₄溶液，阳极是镀层金属，阴极是待镀金属；
②假设粗铜中的杂质只有金一种，电镀过程中溶液体积保持不变，阳极电极反应：Cu-2e^-=Cu²⁺，阴极电极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，结合电子守恒分析；
③依据阴极析出的铜质量结合电极反应计算电子转移；粗铜中的杂质只有金一种，并且金的含量为a%，铜为1-a%，结合阴极析出铜的质量计算获得金的质量．

解答 解：（1）①和电源的负极相连的电极X极是阴极，该电极上氢离子发生得电子的还原反应，即2H⁺+2e^-=H₂↑，X电极负极水的电离被破坏，氢氧根离子浓度增大，溶液呈红色，当电路中有0.2mol电子通过时，X极产生的气体物质的量为0.1mol，在标准状况下体积=0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；溶液呈红色；2.24L；
②和电源的正极相连的电极Y极是阳极，该电极上氯离子发生失电子的氧化反应，即2Cl^--2e^-=Cl₂↑，检验氯气的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸检验生成的气体，气体能使试纸变蓝色，
故答案为：用湿润的淀粉碘化钾试纸检验生成的气体，气体能使试纸变蓝色；
③电解饱和食盐水的总化学方程式为：2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$
故答案为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO₄溶液，阳极是镀层金属，阴极是待镀金属，X电极为阴极，电极的材料是精铜，
故答案为：精铜；
②假设粗铜中的杂质只有金一种，电镀过程中溶液体积保持不变，粗铜做阳极，阳极电极反应：Cu-2e^-=Cu²⁺，精铜做阴极，阴极电极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，电子守恒可知电解质溶液中CuSO₄的浓度不变，
故答案为：不变；粗铜做阳极，含有的金不失电子，只有铜失电子，阴极上溶液中铜离子得到电子生成铜，电子守恒可知溶液中铜离子浓度不变；
③阴极析出的铜质量为bkg，电极反应Cu²⁺+2e^-=Cu，
结合电极反应计算电子转移=$\frac{b×1000g}{64g/mol}$×2×N_A=$\frac{1000b{N}_{A}}{32}$，
粗铜中的杂质只有金一种，并且金的含量为a%，铜为1-a%，结合阴极析出铜的质量计算获得金的质量设为x，（100-a）：a=b：x，解得x=$\frac{ab}{100-a}$kg，
故答案为：$\frac{1000b}{32}$；$\frac{ab}{100-a}$．

点评 本题考查了电解原理的分析应用，主要是电极反应的书写、电子守恒的计算应用、电解精炼原理，掌握基础是关键，题目难度中等．