Question

6．在25℃時(shí)，用石墨電極電解2.0L2.5mol/LCuSO₄溶液．5min后，在一個(gè)石墨電極上有6.4gCu生成．試回答：
（1）電解反應(yīng)的離子方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（2）若電解后溶液的體積不變，則電解后電解液的pH為1；
（3）若要將溶液恢復(fù)到與電解前一樣，則需加入CuO或CuCO₃；（填化學(xué)式）
（4）甲烷、氧氣、氫氧化鉀溶液組成的燃料電池，負(fù)極的反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，若由該燃料電池為上述電解反應(yīng)提供電源，完成上述電解過程，理論上消耗CH₄0.4g，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.2mol．

Answer 1

分析 在25℃時(shí)，用石墨電極電解2.0 L2.5mol/LCuSO₄溶液中Cu²⁺物質(zhì)的量為2×2.5=5mol，5min后，在一個(gè)石墨電極上有6.4 g Cu生成物質(zhì)的量為0.1mol；
（1）電解CuSO₄溶液的實(shí)質(zhì)是電解鹽和水，根據(jù)電極反應(yīng)書寫電解方程式；
（2）依據(jù)電極反應(yīng)電子守恒，生成銅物質(zhì)的量為0.1mol，電子轉(zhuǎn)移為0.2mol；
陽極反應(yīng)為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑
0.2mol 0.2mol 0.05mol
陰極反應(yīng)為2Cu²⁺+4e^-═2Cu
0.1mol 0.2mol 0.1mol
所以電解過程中電子轉(zhuǎn)移為0.2mol；
生成氧氣的體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
溶液的PH的計(jì)算可以依據(jù)水電離出的氫離子和氫氧根離子守恒，減少氫氧根離子0.2mol，溶液中增加氫離子0.2mol，c（H⁺）=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L；pH=-lgC（H⁺）=1；
（3）根據(jù)缺什么加什么，結(jié)合電解方程式計(jì)算出需要加入的物質(zhì)；
（4）根據(jù)負(fù)極上的電極反應(yīng)式等于電池的總反應(yīng)式-正極發(fā)生的電極方程式；根據(jù)得失電子守恒計(jì)算．

解答 解：在25℃時(shí)，用石墨電極電解2.0 L2.5mol/LCuSO₄溶液中Cu²⁺物質(zhì)的量為2×2.5=5mol，5min后，在一個(gè)石墨電極上有6.4 g Cu生成物質(zhì)的量為0.1mol；
（1）電解硫酸銅時(shí)，陽極上是氫氧根放電，陰極上是銅離子放電，陰極反應(yīng)：2Cu²⁺+4e^-→2Cu，陽極反應(yīng)：4OH^-→4e^-+2H₂O+O₂↑，電解時(shí)反應(yīng)的總離子方程式為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+4H⁺+O₂↑，故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+4H⁺+O₂↑；
（2）依據(jù)電極反應(yīng)電子守恒，生成銅物質(zhì)的量為0.1mol，電子轉(zhuǎn)移為0.2mol；
陽極反應(yīng)為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑
0.2mol 0.2mol 0.05mol
陰極反應(yīng)為2Cu²⁺+4e^-═2Cu
0.1mol 0.2mol 0.1mol
所以電解過程中電子轉(zhuǎn)移為0.2mol；
生成氧氣的體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
減少氫氧根離子0.2mol，溶液中增加氫離子0.2mol，c（H⁺）=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L，pH=-lgc（H⁺）=1，
故答案為：1；
（3）根據(jù)電解的離子方程式2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，電解后析出了金屬銅和有氧氣放出，所以要想溶液復(fù)原，需加入 CuO或CuCO₃，故答案為：CuO或CuCO₃；
（4）負(fù)極上的電極反應(yīng)式等于電池的總反應(yīng)式-正極發(fā)生的電極方程式；以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，惰性電極可構(gòu)成燃料電池，正極反應(yīng)為：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，總反應(yīng)式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，兩式相減，負(fù)極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，又上述電解池生成0.1mol銅即轉(zhuǎn)移0.2mol電子，則根據(jù)CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，所以消耗CH₄ 為$\frac{0.2}{8}$×16=0.4g，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.2mol；
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；0.4g；0.2mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電解原理的應(yīng)用，電極反應(yīng)的判斷，電極反應(yīng)的書寫方法，電子守恒的計(jì)算應(yīng)用，燃料電池的原理分析和計(jì)算應(yīng)用．