Question

5．将等物质的量的NaCl和CuSO₄的溶解于水配成200mL混合溶液，通电电解到阴极刚有气体放出时停止电解，将阳极产生的气体在一定条件下恰好与5.6L标况下的H₂反应．试求原溶液中两种溶质的物质的量浓度及电解后溶液中的H⁺的浓度．

Answer 1

分析 n（H₂）=$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，电解时，阴极上Cu²⁺先放电、H⁺后放电，阳极上Cl^-先放电、OH^-后放电，通电电解到阴极刚有气体放出时停止电解，说明阴极上Cu²⁺完全析出，根据电荷知，阳极上有Cl₂、O₂生成，将阳极产生的气体在一定条件下恰好与5.6L标况下的H₂反应，根据氧化还原反应中得失电子相等知，5.6L氢气失去电子数等于阳极产生气体转移电子数，则转移电子物质的量=0.25mol×2=0.5mol；
阴极上转移0.5mol电子时析出n（Cu）=$\frac{0.5mol}{2}$=0.25mol，因为氯化钠和硫酸铜物质的量相等，结合Cu原子守恒得n（CuSO₄）=n（NaCl）=n（Cu）=0.25mol，根据C=$\frac{n}{V}$计算NaCl和CuSO₄的物质的量浓度；
阳极上先析出氯气，当氯离子完全放电时转移电子物质的量=0.25mol×1=0.25mol，还有0.25mol电子转移时氢氧根离子放电生成氧气，根据氢氧根离子和氢离子之间关系计算氢离子浓度．

解答 解：n（H₂）=$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，电解时，阴极上Cu²⁺先放电、H⁺后放电，阳极上Cl^-先放电、OH^-后放电，通电电解到阴极刚有气体放出时停止电解，说明阴极上Cu²⁺完全析出，根据电荷知，阳极上有 Cl₂、O₂生成，将阳极产生的气体在一定条件下恰好与5.6L标况下的H₂反应，根据氧化还原反应中得失电子相等知，5.6L氢气失去电子数等于阳极产生气体转移电子数，则转移电子物质的量=0.25mol×2=0.5mol；
阴极上转移0.5mol电子时析出n（Cu）=$\frac{0.5mol}{2}$=0.25mol，因为氯化钠和硫酸铜物质的量相等，结合Cu原子守恒得n（CuSO₄）=n（NaCl）=n（Cu）=0.25mol，c（NaCl）=c（CuSO₄）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.25mol}{0.2L}$=1.25mol/L；
阳极上先析出氯气，当氯离子完全放电时转移电子物质的量=0.25mol×1=0.25mol，还有0.25mol电子转移时氢氧根离子放电生成氧气，阳极生成氧气电极反应式为2H₂O+4e^-=O₂↑+4H⁺，则生成c（H⁺）=$\frac{\frac{0.25mol}{4}×4}{0.2L}$=1.25mol/L，
答：原来溶液中c（NaCl）=c（CuSO₄）=1.25mol/L、电解后溶液中c（H⁺）=1.25mol/L．

点评 本题考查电解原理，侧重考查学生分析计算能力，明确离子放电顺序是解本题关键，注意反应中转移电子守恒、原子守恒的灵活运用，题目难度中等．