Question

如图所示，通电5min后，第③极增重2.16g，同时在A池中收集到标准状况下的气体224mL，设A池中原混合液的体积为200mL，求通电前A池中原混合溶液中Cu²⁺的浓度。

Answer 1

通电前A池中原混合溶液Cu²⁺的浓度为0.025 mol·L^-1。

第③极质量增加，说明第③极铜棒上析出金属银，此极为阴极，电源的E极为负极，F极为正极。在A池中，电解液为混合溶液，显然，在阴极Cu²⁺先放电，但要考虑到Cu²⁺完全放电后，H⁺放电的可能。A、B两池串联，在电解过程中，每个极上电子转移的总数目相等是解答本题的基本依据。
在A池中发生的反应为：
阳极(②极)：4OH^--4e^-2H₂O+O₂↑
阴极(①极)：2Cu²⁺+4e^-2Cu
若Cu²⁺完全放电后还有：4H⁺+4e^-2H₂↑
转移电子的物质的量为：
2.16 g÷108 g·mol^-1="0.02" mol
由电极反应可知，每转移4 mol电子，放出1 mol O₂，所以②极上析出O₂的体积为：0.02 mol÷4×22.4 L·mol^-1="0.112" L＜0.224 L
说明A池收集到的气体中还有H₂。①极上放出H₂为：0.224 L-0.112 L="0.112" L，即0.005 mol。①极上析出Cu和放出H₂共获得0.02 mol电子。
Cu²⁺的物质的量为：(0.02 mol-0.005 mol×2)/2="0.005" mol
c(Cu²⁺)="0.005" mol/0.2 L="0.025" mol·L^-1