Question

25℃時(shí)，用兩個(gè)質(zhì)量相同的銅棒作電極，電解500mL0.1mol/L H₂SO₄溶液，電解過程中，電解質(zhì)溶液的pH變化如表所示（假定溶液的溫度保持不變）．電解2h后，取出電極，將電極干燥后稱量，測(cè)得兩電極的質(zhì)量差為9.6g．已知25℃時(shí)，0.1mol/L CuSO₄溶液的pH為4.17．

時(shí)間/h	0.5	1	1.5	2
pH	1.3	2.4	3.0	3.0

請(qǐng)回答下列問題：
（1）實(shí)驗(yàn)開始階段電解池陰極所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為

 

．
（2）電解進(jìn)行到1.5h后，電解質(zhì)溶液的pH不再發(fā)生變化的原因是

 

；用離子反應(yīng)方程式解釋0.1mol/L CuSO₄．溶液的pH為4.17的原因：

 

．
（3）電解進(jìn)行的2h中，轉(zhuǎn)移電子的總物質(zhì)的量

 

（填“＜”、“=”或“＞”）0.15mol．
（4）若欲使所得的電解質(zhì)溶液復(fù)原到500mL 0.1mol/L H₂SO₄溶液，應(yīng)對(duì)溶液進(jìn)行怎樣處理？

 

．
（5）某同學(xué)用鍍銅的石墨作陽極、石墨作陰極電解稀硫酸溶液，用曲線Ⅰ表示電解過程中陰極增加的質(zhì)量（△m）隨時(shí)間（t）的變化關(guān)系，用曲線Ⅱ表示溶液pH隨時(shí)間（t）的變化關(guān)系．下列鹽線圖合理的是

 

（電解初期溶液中的H⁺放電）．‘

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）電解開始時(shí)，陰極上氫離子放電生成氫氣；
（2）電解進(jìn)行到1.5h后，陽極上銅失電子生成銅離子，陰極上銅離子得電子析出銅，該裝置為電鍍池；硫酸銅為強(qiáng)酸弱堿鹽，銅離子水解而使其溶液呈酸性；
（3）根據(jù)銅和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
（4）根據(jù)“析出什么加入什么”的原則加入物質(zhì)；
（5）整個(gè)電解過程可分為四段：
①剛開始電解時(shí)，陽極上銅失電子，陰極上氫離子得電子；
②一段時(shí)間后，陰極上銅離子得電子，陽極上銅失電子；
③當(dāng)陽極銅鍍層溶解完全后，陰極上銅離子得電子，陽極上氫氧根離子失電子；
④又過一段時(shí)間，當(dāng)溶液中的銅離子反應(yīng)完全后，陰極上氫離子放電，陽極上氫氧根離子放電．

解答： 解：（1）根據(jù)題意及表中數(shù)據(jù)可知，電解剛開始階段，陽極反應(yīng)式是Cu-2e^-═Cu²⁺，陰極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；　
（2）隨著電解的繼續(xù)，溶液中Cu²⁺的濃度增大，H⁺電解完后，銅離子向陰極移動(dòng)，陰極反應(yīng)則變成Cu²⁺+2e^-═Cu，所以電解過程中只有電鍍銅的過程，陽極溶解的銅與陰極生成的銅質(zhì)量相同，溶液的組成保持不變，電解持續(xù)進(jìn)行，所以電解質(zhì)溶液的組成、濃度不再發(fā)生變化，溶液的pH也不再發(fā)生變化；
0.1mol?L^-1 CuSO₄溶液的pH為4.17，溶液中銅離子水解生成氫氧化銅和氫離子，溶液呈酸性，反應(yīng)的離子方程式為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；
故答案為：電解持續(xù)進(jìn)行，H⁺電解完后，電解過程發(fā)生轉(zhuǎn)變，陽極反應(yīng)式為Cu-2e^-═Cu²⁺，陰極反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^-═Cu，電解質(zhì)溶液的組成、濃度不再發(fā)生變化，溶液的pH也不再發(fā)生變化；Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；
（3）若電解過程中只有電鍍銅的過程，陽極溶解的銅與陰極生成的銅質(zhì)量相同，溶液的組成保持不變，則陽極銅的減少為

9.6g

2

=4.8g，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.15mol，而實(shí)際上先有H₂產(chǎn)生，后有電鍍銅的過程，故實(shí)際轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量大于0.15mol，
故答案為：＞；
（4）若欲使所得電解質(zhì)溶液復(fù)原到500mL0.1mol?L^-1 H₂SO₄溶液，根據(jù)“析出什么加入什么”原則知，應(yīng)該加入氫氣，但實(shí)際上氫氣和溶液不反應(yīng)，則加入的物質(zhì)和硫酸銅溶液反應(yīng)生成沉淀，且實(shí)際上溶液中增加的質(zhì)量恰好等于氫氣的質(zhì)量，所以需要通入H₂S，反應(yīng)方程式為H₂S+CuSO₄═CuS↓+H₂SO₄，
故答案為：向溶液中通入H₂S；
（5）整個(gè)電解過程可分為四段：
①剛開始電解時(shí)，陽極：Cu-2e^-=Cu²⁺，陰極：2H⁺+2e^-=H₂↑，這時(shí)溶液中H⁺減少，pH增大，陰極質(zhì)量不變；
②一段時(shí)間后，Cu ²⁺遷移到陰極附近，陰極反應(yīng)變?yōu)椋篊u-2e^-=Cu²⁺，陰極質(zhì)量開始增加，由于陽極消耗銅的速率與陰極生成銅的速率相同，溶液中Cu ²⁺濃度不變，pH不變；
③當(dāng)銅鍍層溶解完全后，這時(shí)陽極反應(yīng)變?yōu)椋?H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，溶液pH開始減小，陰極上析出銅，所以陰極質(zhì)量增大；
④又過一段時(shí)間，當(dāng)溶液中的Cu ²⁺反應(yīng)完全后，陰極反應(yīng)又變?yōu)椋?H⁺+2e^-=H₂↑，陰極質(zhì)量不再增加，總反應(yīng)為電解水，溶劑減少，硫酸濃度增大，溶液pH還要減��；
則符合條件的為A，故選A．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了電解池原理，明確離子的放電順序是解本題關(guān)鍵，知道活潑金屬作陽極時(shí)，陽極上金屬失電子而不是電解質(zhì)溶液中陰離子失電子，難點(diǎn)是（5）題，注意該電解過程分為四個(gè)階段，明確每個(gè)階段發(fā)生的反應(yīng)，同時(shí)考查學(xué)生分析問題的縝密性，難度較大．