Question

19．用惰性電極電解200mL一定濃度的硫酸銅溶液，實(shí)驗(yàn)裝置如圖①所示，電解過程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖②所示，橫坐標(biāo)表示電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，縱坐標(biāo)表示電解過程中產(chǎn)生氣體的總體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（1）電解過程中，a電極表面的現(xiàn)象是紅色固體物質(zhì)析出，電解一段時(shí)間后放出氣體；
（2）a電極上發(fā)生的反應(yīng)為Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）從P點(diǎn)到Q點(diǎn)時(shí)收集到的混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為12 g•mol^-1；
（4）如果要使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，向溶液中加入0.8g CuO即可，則電解后溶液的pH為1；
（5）如果向所得的溶液中加入0.1mol Cu₂（OH）₂CO₃后，使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH（不考慮CO₂的溶解），電解過程中轉(zhuǎn)移的電子為0.6mol．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，電流由正極流向負(fù)極，則b為陽極，a為陰極，發(fā)生電極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，據(jù)此回答；
（2）a為陰極，發(fā)生電極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，據(jù)此回答；
（3）到Q點(diǎn)時(shí)收集到的混合氣體為氫氣和氧氣，由電解水反應(yīng)可知0.2mol電子通過時(shí)生成0.1molH₂、0.05molO₂，據(jù)M=$\frac{m}{n}$計(jì)算；
（4）根據(jù)電解池的工作原理，要想讓電解后的電解質(zhì)復(fù)原，則遵循的原則是：出什么加什么，加入 Cu（OH）₂后溶液與電解前相同，則銅離子和氫氧根放電；
（5）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(fù)原溶液，堿式碳酸銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、水和二氧化碳，溶液質(zhì)量增加的量是銅、氫氧根離子，所以實(shí)際上電解硫酸銅溶液分兩個(gè)階段：第一階段2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，第二階段：2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，
將堿式碳酸銅化學(xué)式改變?yōu)?CuO•H₂O•CO₂，所以加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃ 就相當(dāng)于加入0.2molCuO和0.1mol水，根據(jù)氧化銅和水的量計(jì)算即可．

解答 解：（1）由圖可知，電流由正極流向負(fù)極，則b為陽極，a為陰極，惰性電極電解一定量的硫酸銅溶液，發(fā)生2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，結(jié)合圖2可知，通過0.2mol電子時(shí)電解硫酸銅，然后電解硫酸溶液，發(fā)生2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，a為陰極，先發(fā)生Cu²⁺+2e^-=Cu，后發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，電極表面的現(xiàn)象是紅色固體物質(zhì)析出，電解一段時(shí)間后放出氣體，故答案為：紅色固體物質(zhì)析出，電解一段時(shí)間后放出氣體；
（2）a為陰極，先發(fā)生Cu²⁺+2e^-=Cu，后發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）到Q點(diǎn)時(shí)收集到的混合氣體為氫氣和氧氣，由電解水反應(yīng)可知0.2mol電子通過時(shí)生成0.1molH₂、0.05molO₂，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為$\frac{0.1×2+0.05×32}{0.1+0.05}$g/mol=12g•mol^-1，故答案為：12；
（4）由信息可知，電解發(fā)生2H₂O+2CuSO₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄ ，向所得溶液中加入0.8g即$\frac{0.8g}{80g/mol}$=0.01mol CuO充分反應(yīng)后，溶液恰好恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，則電解中生成0.01molCu，同時(shí)生成0.01molH₂SO₄，所以電解后溶液的C（H⁺）=$\frac{0.01×2mol}{0.2L}$=0.1mol/L，pH=1．
故答案為：1；
（5）電解硫酸銅溶液后溶液呈酸性，向電解后的溶液中加入堿式碳酸銅能恢復(fù)原溶液，堿式碳酸銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、水和二氧化碳，溶液質(zhì)量增加的量是銅、氫氧根離子，所以實(shí)際上電解硫酸銅溶液分兩個(gè)階段：
第一階段2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
第二階段：2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，
將堿式碳酸銅化學(xué)式改變?yōu)?CuO•H₂O•CO₂，所以加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃ 就相當(dāng)于加入0.2molCuO和0.1mol水，
第一階段：根據(jù)銅原子守恒知，電解硫酸銅溶液析出n（Cu）=n（CuO）=0.2mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.2mol×2=0.4mol；
第二階段：電解生成0.1mol水轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.1mol×2=0.2mol，
所以電解過程中共轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.4mol+0.2mol=0.6mol，故答案為：0.6．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理，明確圖象這電子轉(zhuǎn)移與生成氣體的關(guān)系及離子的放電順序和實(shí)際上加入的物質(zhì)是解答本題的關(guān)鍵，再根據(jù)原子守恒、轉(zhuǎn)移電子守恒來分析解答，難度中等．