Question

常溫下電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如下圖所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），根據圖中信息回答下列問題．
（1）通過計算推測：
①原混合溶液NaCl和CuSO₄的物質的量濃度．
②t₂時所得溶液中氫離子物質的量濃度．
（2）實驗中發現，陽極產生的氣體體積與陰極相比，明顯小于對應時間段的理論值．試簡要分析其可能原因．

Answer 1

分析：本題的關健是對圖象的解讀．剛開始時陰極Cu²⁺得電子，無氣體放出，Cu²⁺反應完溶液中的H⁺放電，Ⅰ是H₂，陽極先是溶液中的Cl^-放電，反應完后溶液中的OH^-放電，電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，陽極發生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極發生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，結合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時間的關系，Ⅱ為陽極氣體體積與時間的關系，計算時抓住電子守恒．

解答：解：（1）電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，陽極發生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極發生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，結合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時間的關系，Ⅱ為陽極氣體體積與時間的關系，
①由圖可知，產生氯氣為224mL，則由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=

0.224L

22.4L/mol

×2=0.02mol，所以c（NaCl）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，
Ⅱ曲線中由t₂時生成氧氣為112mL，n（O₂）=

0.112L

22.4L/mol

=0.005mol，則共轉移電子為0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根據電子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=

0.04moL

2

=0.02mol，所以c（CuSO₄）=

0.02moL

0.2L

=0.1mol/L，
答：原混合溶液NaCl和CuSO₄的物質的量濃度均為0.1mol/L；
 ②由t₂時4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O～4H⁺，n（H⁺）=0.005mol×4=0.02mol，則溶液的c（H⁺）=

0.02mol

0.2l

=0.1mol/L，
答：溶液的c（H⁺）為0.1mol/L；
（2）陽極生成氯氣，微溶于水，溶解度大于生成氫氣的溶解度，且氧氣的溶解度大于氫氣，則陽極產生的氣體體積與陰極相比，明顯小于對應時間段的理論值，
答：產生的氯氣和氧氣在水中的溶解度明顯大于氫氣．

點評：本題考查電解原理，明確發生的電極反應及圖圖象的對應關系是解答本題的關鍵，注意把握電極反應式的書寫，為解該題的關鍵，題目難度中等．