题目内容

常温下电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液,理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如下图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积),根据图中信息回答下列问题。

⑴通过计算推测:

 ①原混合溶液NaCl和CuSO4的物质的量浓度。

②t2时所得溶液的pH。

⑵实验中发现,阳极产生的气体体积与阴极相比,明显小于对应时间段的理论值。试简要分析其可能原因。

 

【答案】

(1)①t2时铜离子恰好放电完毕,此时氯气和氧气的物质的量分别是0.01mol和0.005mol,所以氯化钠是0.02mol,浓度是0.02mol÷0.2L=0.1mol/L。

根据电子的得失守恒可知,析出的铜是(0.01mol+0.005mol×4÷2)=0.02mol

所以硫酸铜的浓度是0.02mol÷0.2L=0.1mol/L

②生成氧气是0.005mol

所以该时间内生成氢离子就是0.005mol×4=0.02mol

浓度为0.02mol÷0.2L=0.1mol/L

所以pH=1

(2)由于氯气和氧气在水中的溶解度明显大于氢气的,所以阳极产生的气体体积与阴极相比,明显小于对应时间段的理论值。

【解析】考查电解的有关计算。

(1)惰性电极电解氯化钠和硫酸铜的混合液,阳极先是氯离子放电生成氯气,然后是OH-放电生成氧气。阴极首先是铜离子放电,析出铜,然后是氢离子放电生成氢气。根据图像可知曲线Ⅱ表示阳极,其中氯气是0.224L,所以氯化钠是0.02mol,浓度是0.1mol/L。当生成的氧气是0.112L时,铜完全析出,阴极开始产生氢气。根据电极反应式2Cl--2e-=Cl2、4OH--4 e-=2H2O+O2↑、Cu2++2e-=Cu可知析出的铜(0.01mol+0.005mol×4÷2)=0.02mol,所以硫酸铜的浓度是0.1mol/L。生成氧气是0.005mol,所以生成氢离子就是0.005mol×4=0.02mol,浓度为0.1mol/L,所以pH=1。

(2)由于氯气和氧气在水中的溶解度明显大于氢气的,所以阳极产生的气体体积与阴极相比,明显小于对应时间段的理论值。

 

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