Question

2．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、足量的CuSO₄溶液和100g 10.00%的K₂SO₄溶液，電極均為石墨電極．接通電源，經過一段時間后，測得丙中K₂SO₄濃度為10.99%，乙中c電極質量增加，據此回答問題：
（1）電源的M端為負極
（2）電極b 上發(fā)生的電極反應為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
（3）電極a上生成的氣體在標狀況下的體積5.6L
（4）電極c的質量變化是32g．

Answer 1

分析 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）×10.99%，得x=9g，故為$\frac{9g}{18g/mol}$=0.5mol．由方程式2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂+O₂ 可知，消耗2molH₂O，轉移4mol電子，所以整個反應中轉移電子為1mol，而整個電路是串聯的，故每個燒杯中的電極上轉移電子數是相等的；
（1）根據以上分析判斷正負極；
（2）甲中為NaOH，相當于電解H₂O，陽極b處為陰離子OH^-放電，寫出電極反應式；
（3）轉移1mol電子，則生成O₂為 $\frac{1}{4}$mol=0.25mol，根據氣體摩爾體積計算；
（4）Cu²⁺+2e^-=Cu，轉移1mol電子，據此計算銅的質量．

解答 解：（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：負；
（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）×10.99%，得x=9g，故為$\frac{9g}{18g/mol}$=0.5mol，由方程式2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂+O₂ 可知，消耗2molH₂O，轉移4mol電子，所以整個反應中轉移電子為1mol，則生成O₂為轉移1mol電子，則生成O₂為 $\frac{1}{4}$mol=0.25mol，標況下的體積為0.25mol×22.4L/mol=5.6L；
故答案為：5.6L；
（4）整個電路是串聯的，所以每個燒杯中的電極上轉移電子數是相等的，根據電極反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，
可知轉移1mol電子生成的m（Cu）=$\frac{1mol}{2}$×64g/mol=32g，故答案為：32g．

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電路，各電極上得失電子的數目相等．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．