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。

⑴通過計算推測：

 ①原混合溶液NaCl和CuSO₄的物質的量濃度。

②t₂時所得溶液的pH。

⑵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

【答案】

（1）①t2時銅離子恰好放電完畢，此時氯氣和氧氣的物質的量分別是0.01mol和0.005mol，所以氯化鈉是0.02mol，濃度是0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L。

根據電子的得失守恒可知，析出的銅是（0.01mol＋0.005mol×4÷2）＝0.02mol

所以硫酸銅的濃度是0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L

②生成氧氣是0.005mol

所以該時間內生成氫離子就是0.005mol×4＝0.02mol

濃度為0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L

所以pH＝1

（2）由于氯氣和氧氣在水中的溶解度明顯大于氫氣的，所以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。

【解析】考查電解的有關計算。

（1）惰性電極電解氯化鈉和硫酸銅的混合液，陽極先是氯離子放電生成氯氣，然后是OH^－放電生成氧氣。陰極首先是銅離子放電，析出銅，然后是氫離子放電生成氫氣。根據圖像可知曲線Ⅱ表示陽極，其中氯氣是0.224L，所以氯化鈉是0.02mol，濃度是0.1mol/L。當生成的氧氣是0.112L時，銅完全析出，陰極開始產生氫氣。根據電極反應式2Cl^－－2e^－=Cl₂、4OH^－－4 e^－=2H₂O＋O₂↑、Cu^2＋＋2e－=Cu可知析出的銅（0.01mol＋0.005mol×4÷2）＝0.02mol，所以硫酸銅的濃度是0.1mol/L。生成氧氣是0.005mol，所以生成氫離子就是0.005mol×4＝0.02mol，濃度為0.1mol/L，所以pH＝1。

（2）由于氯氣和氧氣在水中的溶解度明顯大于氫氣的，所以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。