Question

如圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100g 5.00%的NaOH溶液、一定量的CuSO₄溶液和100g 10.00%的K₂SO₄溶液，電極均為石墨電極．

（1）接通電源，經過一段時間后，測得丙中K₂SO₄濃度為10.47%，乙中c電極質量增加．據此回答問題：
①電源的N端為

 

極；
②電極b上發(fā)生的電極反應為

 

；
③電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積為

 

；
（2）如果電解一段時間后，向乙燒杯所得溶液中加入0.1mol堿式碳酸銅（Cu₂（OH）₂CO₃）后使燒杯溶液恢復到電解前的濃度和PH（不考慮二氧化碳的溶解），則電解過程中共轉移電子的物質的量為

 

mol．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

分析：（1）①乙中C電極質量增加，則c處發(fā)生的反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu，即C處為陰極，由此可推出b為陽極，a為陰極，M為負極，N為正極．丙中為K₂SO₄，相當于電解水，設電解的水的質量為x．由電解前后溶質質量相等有，100×10%=（100-x）×10.47%，得x=4.5g，故為0.25mol．由方程式2H₂+O₂═2H₂O可知，生成2molH₂O，轉移4mol電子，所以整個反應中轉化0.5mol電子，而整個電路是串聯(lián)的，故每個燒杯中的電極上轉移電子數(shù)是相等的；
②甲中為NaOH，相當于電解H₂O，陽極b處為陰離子OH^-放電，即4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
③轉移0.5mol電子，則生成O₂為0.5/4=0.125mol，標況下的體積為0.125×22.4=2.8L；
（2）電解硫酸銅溶液后溶液呈酸性，向電解后的溶液中加入堿式碳酸銅能恢復原溶液，堿式碳酸銅和硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳，溶液質量增加的量是氧化銅和水，所以實際上電解硫酸銅溶液分兩個階段：
第一階段2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，
第二階段：2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑，
將堿式碳酸銅化學式改變?yōu)?CuO?H₂O?CO₂，所以加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃ 就相當于加入0.2molCuO和0.1mol水，根據氧化銅和水的量計算即可．

解答： 解：（1）①乙杯中c質量增加，說明Cu沉積在c電極上，電子是從b-c移動，M是負極，N為正極，故答案為：正極；
②甲中為NaOH，相當于電解H₂O，陽極b處為陰離子OH^-放電，即4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
③丙中為K₂SO₄，相當于電解水，設電解的水的質量為x．由電解前后溶質質量相等有，100×10%=（100-x）×10.47%，得x=4.5g，故為0.25mol．由方程式2H₂+O₂═2H₂O可知，生成2molH₂O，轉移4mol電子，所以整個反應中轉化0.5mol電子，則生成O₂為0.5/4=0.125mol，標況下的體積為0.125×22.4=2.8L，故答案為：2.8L；
（2）電解硫酸銅溶液后溶液呈酸性，向電解后的溶液中加入堿式碳酸銅能恢復原溶液，堿式碳酸銅和硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳，溶液質量增加的量是氧化銅和水，所以實際上電解硫酸銅溶液分兩個階段：
第一階段2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，
第二階段：2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑，
將堿式碳酸銅化學式改變?yōu)?CuO?H₂O?CO₂，所以加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃ 就相當于加入0.2molCuO和0.1mol水，
第一階段：根據銅原子守恒知，電解硫酸銅溶液析出n（Cu）=n（CuO）=0.2mol，轉移電子的物質的量=0.2mol×2=0.4mol；
第二階段：電解生成0.1mol水轉移電子的物質的量=0.1mol×2=0.2mol，
所以解過程中共轉移的電子數(shù)為0.4mol+0.2mol=0.6mol，
故答案為：0.6．

點評：本題為電化學知識的綜合應用，做題時要注意根據電極反應現(xiàn)象判斷出電解池的陰陽級，進而判斷出電源的正負極，要注意三個電解池為串聯(lián)電路，各電極上得失電子的數(shù)目相等．做題時要正確寫出電極方程式，準確判斷兩極上離子的放電順序．