Question

16．電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用．如圖表示一個(gè)電解池，裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與直流電源相連．請(qǐng)回答以下問(wèn)題：
（1）若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：
①電解池中X極上的電極反應(yīng)式是2H⁺+2e^-=H₂↑，在X極附近觀(guān)察到的現(xiàn)象是溶液呈紅色．當(dāng)電路中有0.2mol電子通過(guò)時(shí)，X極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為2.24L．
②檢驗(yàn)Y電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn)生成的氣體，氣體能使試紙變藍(lán)色．
③寫(xiě)出電解的總化學(xué)方程式：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（2）如要用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO₄溶液，則：
①X電極的材料是精銅．
②假設(shè)粗銅中的雜質(zhì)只有金一種，電鍍過(guò)程中溶液體積保持不變，則電解質(zhì)溶液中CuSO₄的濃度不變（填“增大”“減小”“不變”），理由是粗銅做陽(yáng)極，含有的金不失電子，只有銅失電子，陰極上溶液中銅離子得到電子生成銅，電子守恒可知溶液中銅離子濃度不變．
③假設(shè)精銅的純度為100%，粗銅中的雜質(zhì)只有金一種，并且金的含量為a%，當(dāng)生成精銅bkg時(shí)，理論上通過(guò)電解池的電子數(shù)是$\frac{1000b}{32}$N_A，能獲得金$\frac{ab}{100-a}$kg（只寫(xiě)出算式即可）

Answer 1

分析 （1）電解飽和氯化鈉溶液時(shí)，由電源可知，X為陰極，Y為陽(yáng)極，陽(yáng)極上是氯離子離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，陰極上是氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣；
（2）①用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO₄溶液，陽(yáng)極是鍍層金屬，陰極是待鍍金屬；
②假設(shè)粗銅中的雜質(zhì)只有金一種，電鍍過(guò)程中溶液體積保持不變，陽(yáng)極電極反應(yīng)：Cu-2e^-=Cu²⁺，陰極電極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，結(jié)合電子守恒分析；
③依據(jù)陰極析出的銅質(zhì)量結(jié)合電極反應(yīng)計(jì)算電子轉(zhuǎn)移；粗銅中的雜質(zhì)只有金一種，并且金的含量為a%，銅為1-a%，結(jié)合陰極析出銅的質(zhì)量計(jì)算獲得金的質(zhì)量．

解答 解：（1）①和電源的負(fù)極相連的電極X極是陰極，該電極上氫離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即2H⁺+2e^-=H₂↑，X電極負(fù)極水的電離被破壞，氫氧根離子濃度增大，溶液呈紅色，當(dāng)電路中有0.2mol電子通過(guò)時(shí)，X極產(chǎn)生的氣體物質(zhì)的量為0.1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積=0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；溶液呈紅色；2.24L；
②和電源的正極相連的電極Y極是陽(yáng)極，該電極上氯離子發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，即2Cl^--2e^-=Cl₂↑，檢驗(yàn)氯氣的方法是用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn)生成的氣體，氣體能使試紙變藍(lán)色，
故答案為：用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn)生成的氣體，氣體能使試紙變藍(lán)色；
③電解飽和食鹽水的總化學(xué)方程式為：2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$
故答案為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO₄溶液，陽(yáng)極是鍍層金屬，陰極是待鍍金屬，X電極為陰極，電極的材料是精銅，
故答案為：精銅；
②假設(shè)粗銅中的雜質(zhì)只有金一種，電鍍過(guò)程中溶液體積保持不變，粗銅做陽(yáng)極，陽(yáng)極電極反應(yīng)：Cu-2e^-=Cu²⁺，精銅做陰極，陰極電極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，電子守恒可知電解質(zhì)溶液中CuSO₄的濃度不變，
故答案為：不變；粗銅做陽(yáng)極，含有的金不失電子，只有銅失電子，陰極上溶液中銅離子得到電子生成銅，電子守恒可知溶液中銅離子濃度不變；
③陰極析出的銅質(zhì)量為bkg，電極反應(yīng)Cu²⁺+2e^-=Cu，
結(jié)合電極反應(yīng)計(jì)算電子轉(zhuǎn)移=$\frac{b×1000g}{64g/mol}$×2×N_A=$\frac{1000b{N}_{A}}{32}$，
粗銅中的雜質(zhì)只有金一種，并且金的含量為a%，銅為1-a%，結(jié)合陰極析出銅的質(zhì)量計(jì)算獲得金的質(zhì)量設(shè)為x，（100-a）：a=b：x，解得x=$\frac{ab}{100-a}$kg，
故答案為：$\frac{1000b}{32}$；$\frac{ab}{100-a}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電解原理的分析應(yīng)用，主要是電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)、電子守恒的計(jì)算應(yīng)用、電解精煉原理，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．