Question

15．在如图用石墨作电极的电解池中，放入500mL含一种溶质的某蓝色溶液进行电解，观察到A电极表面有红色的固态物质生成，B电极有无色气体生成；当溶液中的原有溶质完全电解后，停止电解，取出A电极，洗涤、干燥、称量、电极增重1.6g．请回答下列问题：
（1）A接的是电源的负极，B是该装置阳极，B电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
（2）写出电解时反应的总离子方程式2Cu²⁺+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+4H⁺．
（3）电解后溶液的pH为1；要使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入CuO，其质量为2g．（假设电解前后溶液的体积不变）
（4）MnO₂可作超级电容器材料．用惰性电极电解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，其阳极的 电极反应式是Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺．．

Answer 1

分析 （1）电解质溶液为蓝色溶液，含有Cu²⁺，用石墨作电极电解观察到A电极表面有红色的固态物质生成，析出的红色固体为Cu，则A为阴极，连接电源的负极，B为阳极，发生氧化反应，B电极有无色气体生成，溶液中水放电生成氢气；
（2）电解时铜离子、水均放电，反应生成Cu、氧气与氢离子；
（3）计算Cu的物质的量，根据电极反应式计算生成氢离子物质的量，计算溶液中氢离子浓度，再根据pH=-lgc（H⁺）计算溶液pH；析出的物质相当于CuO，加入CuO可以使电解后溶液恢复到电解前的状态，根据Cu元素守恒计算需要加入CuO的质量；
（4）用惰性电极电解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，阳极发生氧化反应，Mn²⁺失去电子转化为MnO₂，由氧元素守恒可知有水参与反应，配平书写电极反应式．

解答 解：（1）电解质溶液为蓝色溶液，含有Cu²⁺，用石墨作电极电解观察到A电极表面有红色的固态物质生成，析出的红色固体为Cu，则A为阴极，连接电源的负极，B为阳极，发生氧化反应，B电极有无色气体生成，溶液中水放电生成氢气，阳极电极反应式为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案为：负；阳；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（2）电解时铜离子、水均放电，反应生成Cu、氧气与氢离子，电解时反应的总离子方程式：2Cu²⁺+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+4H⁺，
故答案为：2Cu²⁺+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+4H⁺；
（3）析出Cu的物质的量为$\frac{1.6g}{64g/mol}$=0.025mol，由2Cu²⁺+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+4H⁺可知，得到氢离子为0.025mol×2=0.05mol，则c（H⁺）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，溶液pH=-lgc（H⁺）=1，
析出的物质相当于CuO，加入CuO可以使电解后溶液恢复到电解前的状态，由Cu元素守恒可知，加入CuO为0.025mol，需要加入CuO的质量为0.025mol×80g/mol=2g，
故答案为：1；CuO；2g；
（4）用惰性电极电解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，阳极发生氧化反应，Mn²⁺失去电子转化为MnO₂，由氧元素守恒可知有水参与反应，阳极电极反应式为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺，
故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺．

点评 本题考查电解原理、电解反应式书写、电解有关计算等，侧重考查学生分析能力与计算能力，关键是明确电解工作原理，难度中等．