Question

电解原理在化学工业中有广泛应用．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极上的电极反应式为

 

．
②Y电极上的电极反应式为

 

，
③该反应的总反应方程式是：

 

（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

 

，电极反应式是

 

．
②Y电极的材料是

 

，电极反应式是

 

．
（3）若a为CuSO₄溶液，则电解时的化学反应方程式为

 

通过一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末，恰好恢复电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为

 

．
（4）若电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，当阳极产生的气体672mL（标准状况下）时，溶液的C（H⁺）=

 

（假设电解后溶液体积不变）．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

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，阴极上是氢离子得电子；
（2）根据电解精炼铜的工作原理知识来回答；
（3）若a为CuSO₄溶液，则X电极上铜离子放电，当铜离子放电完全后，氢离子再放电；Y电极上氢氧根离子放电；通过一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末能使溶液恢复原状，相当于加入0.2molCuO、0.2molH₂O，根据氧气和转移电子之间的关系式计算；
（4）若电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，阳极上先氯离子放电后氢氧根离子放电，假设阳极上氯离子完全放电，则生成n（Cl₂）=

1

2

n（NaCl）=0.02mol，当阳极产生的气体672mL（标准状况下）时，生成气体的物质的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol＞0.02mol，在阳极上还有氧气生成，生成氧气的物质的量为0.01mol，阳极上转移电子的物质的量=2n（Cl₂）+4n（O₂）=0.04mol+0.04mol=0.08mol，阴极上铜离子完全放电时转移电子的物质的量=2×0.04mol=0.08mol，所以阴极上氢离子不放电，根据生成氧气的量计算c（H⁺）．

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↑，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
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↑，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
③阳极上是氯离子离子失电子，阴极上是氢离子得电子，电解总反应离子方程式为：2Cl^-+2H₂O═2H₂+Cl₂↑+2OH^-，故答案为：2Cl^-+2H₂O═2H₂+Cl₂↑+2OH^-；
（2）①电解方法精炼粗铜，X为阴极，电解池的阴极材料是纯铜，电极反应为Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案为：纯铜；Cu²⁺+2e^-=Cu；
②电解方法精炼粗铜，Y为阳极，电解池的阳极材料是粗铜，电极反应为：Cu-2e^-=Cu²⁺，故答案为：粗铜；Cu-2e^-=Cu²⁺；
（3）若a为CuSO₄溶液，则X电极上铜离子放电，当铜离子放电完全后，氢离子再放电，Y电极上氢氧根离子放电，所以电池反应式有2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄、2H₂O

电解  .

O₂↑+2H₂↑；通过一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末能使溶液恢复原状，相当于加入0.2molCuO、0.2molH₂O，所以阴极上析出氢气、Cu，根据原子守恒得n（H₂）=n（H₂O）=0.2mol，n（CuO）=n（Cu）=0.2mol，
设生成0.2molCu转移电子的物质的量为x、生成0.2mol氢气转移电子的物质的量为y，
2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄转移电子
                2mol          4mol
                0.2mol        x
2mol：4mol=0.2mol：x
x=

4mol×0.2mol

2mol

=0.4mol
2H₂O

电解  .

O₂↑+2H₂↑ 转移电子
             2mol   4mol
             0.2mol y
2mol：4mol=0.2mol：y
y=

4mol×0.2mol

2mol

=0.4mol，
所以转移电子的物质的量=xmol+ymol=0.4mol+0.4mol=0.8mol；
故答案为：2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄、2H₂O

电解  .

O₂↑+2H₂↑；0.8mol；
（4）若电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，阳极上先氯离子放电后氢氧根离子放电，假设阳极上氯离子完全放电，
则生成n（Cl₂）=

1

2

n（NaCl）=0.02mol，当阳极产生的气体672mL（标准状况下）时，生成气体的物质的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol＞0.02mol，
在阳极上还有氧气生成，生成氧气的物质的量为0.01mol，阳极上转移电子的物质的量=2n（Cl₂）+4n（O₂）=0.04mol+0.04mol=0.08mol，
阴极上铜离子完全放电时转移电子的物质的量=2×0.04mol=0.08mol，
所以阴极上氢离子不放电，当阳极上生成氧气时，同时阳极附近有氢离子生成，电池反应式为2Cu²⁺+2H₂O

电解  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，
根据氧气和氢离子的关系式得n（H⁺）=4n（O₂）=0.04mol，
则C（H⁺）=

0.04mol

0.4L

=0.1mol/L，
故答案为：0.1mol/L．

点评：本题考查学生电解池的工作原理知识，明确图中电源的正负极确定电解池的阴阳极是解答的关键，并熟悉电极反应及离子的放电顺序来解答，题目难度中等．