Question

電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(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)式為

 

．
②Y電極上的電極反應(yīng)式為

 

，
③該反應(yīng)的總反應(yīng)方程式是：

 

（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

 

，電極反應(yīng)式是

 

．
②Y電極的材料是

 

，電極反應(yīng)式是

 

．
（3）若a為CuSO₄溶液，則電解時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

通過(guò)一段時(shí)間后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末，恰好恢復(fù)電解前的濃度和pH，則電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為

 

．
（4）若電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，溶液的C（H⁺）=

 

（假設(shè)電解后溶液體積不變）．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

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，陰極上是氫離子得電子；
（2）根據(jù)電解精煉銅的工作原理知識(shí)來(lái)回答；
（3）若a為CuSO₄溶液，則X電極上銅離子放電，當(dāng)銅離子放電完全后，氫離子再放電；Y電極上氫氧根離子放電；通過(guò)一段時(shí)間后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末能使溶液恢復(fù)原狀，相當(dāng)于加入0.2molCuO、0.2molH₂O，根據(jù)氧氣和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
（4）若電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，陽(yáng)極上先氯離子放電后氫氧根離子放電，假設(shè)陽(yáng)極上氯離子完全放電，則生成n（Cl₂）=

1

2

n（NaCl）=0.02mol，當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，生成氣體的物質(zhì)的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol＞0.02mol，在陽(yáng)極上還有氧氣生成，生成氧氣的物質(zhì)的量為0.01mol，陽(yáng)極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2n（Cl₂）+4n（O₂）=0.04mol+0.04mol=0.08mol，陰極上銅離子完全放電時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2×0.04mol=0.08mol，所以陰極上氫離子不放電，根據(jù)生成氧氣的量計(jì)算c（H⁺）．

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↑，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
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↑，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
③陽(yáng)極上是氯離子離子失電子，陰極上是氫離子得電子，電解總反應(yīng)離子方程式為：2Cl^-+2H₂O═2H₂+Cl₂↑+2OH^-，故答案為：2Cl^-+2H₂O═2H₂+Cl₂↑+2OH^-；
（2）①電解方法精煉粗銅，X為陰極，電解池的陰極材料是純銅，電極反應(yīng)為Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：純銅；Cu²⁺+2e^-=Cu；
②電解方法精煉粗銅，Y為陽(yáng)極，電解池的陽(yáng)極材料是粗銅，電極反應(yīng)為：Cu-2e^-=Cu²⁺，故答案為：粗銅；Cu-2e^-=Cu²⁺；
（3）若a為CuSO₄溶液，則X電極上銅離子放電，當(dāng)銅離子放電完全后，氫離子再放電，Y電極上氫氧根離子放電，所以電池反應(yīng)式有2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄、2H₂O

電解  .

O₂↑+2H₂↑；通過(guò)一段時(shí)間后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末能使溶液恢復(fù)原狀，相當(dāng)于加入0.2molCuO、0.2molH₂O，所以陰極上析出氫氣、Cu，根據(jù)原子守恒得n（H₂）=n（H₂O）=0.2mol，n（CuO）=n（Cu）=0.2mol，
設(shè)生成0.2molCu轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為x、生成0.2mol氫氣轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為y，
2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄轉(zhuǎn)移電子
                2mol          4mol
                0.2mol        x
2mol：4mol=0.2mol：x
x=

4mol×0.2mol

2mol

=0.4mol
2H₂O

電解  .

O₂↑+2H₂↑ 轉(zhuǎn)移電子
             2mol   4mol
             0.2mol y
2mol：4mol=0.2mol：y
y=

4mol×0.2mol

2mol

=0.4mol，
所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=xmol+ymol=0.4mol+0.4mol=0.8mol；
故答案為：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄、2H₂O

電解  .

O₂↑+2H₂↑；0.8mol；
（4）若電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，陽(yáng)極上先氯離子放電后氫氧根離子放電，假設(shè)陽(yáng)極上氯離子完全放電，
則生成n（Cl₂）=

1

2

n（NaCl）=0.02mol，當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，生成氣體的物質(zhì)的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol＞0.02mol，
在陽(yáng)極上還有氧氣生成，生成氧氣的物質(zhì)的量為0.01mol，陽(yáng)極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2n（Cl₂）+4n（O₂）=0.04mol+0.04mol=0.08mol，
陰極上銅離子完全放電時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2×0.04mol=0.08mol，
所以陰極上氫離子不放電，當(dāng)陽(yáng)極上生成氧氣時(shí)，同時(shí)陽(yáng)極附近有氫離子生成，電池反應(yīng)式為2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，
根據(jù)氧氣和氫離子的關(guān)系式得n（H⁺）=4n（O₂）=0.04mol，
則C（H⁺）=

0.04mol

0.4L

=0.1mol/L，
故答案為：0.1mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生電解池的工作原理知識(shí)，明確圖中電源的正負(fù)極確定電解池的陰陽(yáng)極是解答的關(guān)鍵，并熟悉電極反應(yīng)及離子的放電順序來(lái)解答，題目難度中等．