Question

常温下电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如下图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），根据图中信息回答下列问题．
（1）通过计算推测：
①原混合溶液NaCl和CuSO₄的物质的量浓度．
②t₂时所得溶液中氢离子物质的量浓度．
（2）实验中发现，阳极产生的气体体积与阴极相比，明显小于对应时间段的理论值．试简要分析其可能原因．

Answer 1

分析：本题的关健是对图象的解读．刚开始时阴极Cu²⁺得电子，无气体放出，Cu²⁺反应完溶液中的H⁺放电，Ⅰ是H₂，阳极先是溶液中的Cl^-放电，反应完后溶液中的OH^-放电，电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，阳极发生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极发生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系，计算时抓住电子守恒．

解答：解：（1）电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，阳极发生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极发生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系，
①由图可知，产生氯气为224mL，则由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曲线中由t₂时生成氧气为112mL，n（O₂）=

0.112L

22.4L/mol

=0.005mol，则共转移电子为0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根据电子守恒及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的物质的量浓度均为0.1mol/L；
 ②由t₂时4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O～4H⁺，n（H⁺）=0.005mol×4=0.02mol，则溶液的c（H⁺）=

0.02mol

0.2l

=0.1mol/L，
答：溶液的c（H⁺）为0.1mol/L；
（2）阳极生成氯气，微溶于水，溶解度大于生成氢气的溶解度，且氧气的溶解度大于氢气，则阳极产生的气体体积与阴极相比，明显小于对应时间段的理论值，
答：产生的氯气和氧气在水中的溶解度明显大于氢气．

点评：本题考查电解原理，明确发生的电极反应及图图象的对应关系是解答本题的关键，注意把握电极反应式的书写，为解该题的关键，题目难度中等．