Question

25℃时，用两个质量相同的铜棒作电极，电解500mL0.1mol/L H₂SO₄溶液，电解过程中，电解质溶液的pH变化如表所示（假定溶液的温度保持不变）．电解2h后，取出电极，将电极干燥后称量，测得两电极的质量差为9.6g．已知25℃时，0.1mol/L CuSO₄溶液的pH为4.17．

时间/h	0.5	1	1.5	2
pH	1.3	2.4	3.0	3.0

请回答下列问题：
（1）实验开始阶段电解池阴极所发生反应的电极反应式为

 

．
（2）电解进行到1.5h后，电解质溶液的pH不再发生变化的原因是

 

；用离子反应方程式解释0.1mol/L CuSO₄．溶液的pH为4.17的原因：

 

．
（3）电解进行的2h中，转移电子的总物质的量

 

（填“＜”、“=”或“＞”）0.15mol．
（4）若欲使所得的电解质溶液复原到500mL 0.1mol/L H₂SO₄溶液，应对溶液进行怎样处理？

 

．
（5）某同学用镀铜的石墨作阳极、石墨作阴极电解稀硫酸溶液，用曲线Ⅰ表示电解过程中阴极增加的质量（△m）随时间（t）的变化关系，用曲线Ⅱ表示溶液pH随时间（t）的变化关系．下列盐线图合理的是

 

（电解初期溶液中的H⁺放电）．‘

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：（1）电解开始时，阴极上氢离子放电生成氢气；
（2）电解进行到1.5h后，阳极上铜失电子生成铜离子，阴极上铜离子得电子析出铜，该装置为电镀池；硫酸铜为强酸弱碱盐，铜离子水解而使其溶液呈酸性；
（3）根据铜和转移电子之间的关系式计算；
（4）根据“析出什么加入什么”的原则加入物质；
（5）整个电解过程可分为四段：
①刚开始电解时，阳极上铜失电子，阴极上氢离子得电子；
②一段时间后，阴极上铜离子得电子，阳极上铜失电子；
③当阳极铜镀层溶解完全后，阴极上铜离子得电子，阳极上氢氧根离子失电子；
④又过一段时间，当溶液中的铜离子反应完全后，阴极上氢离子放电，阳极上氢氧根离子放电．

解答： 解：（1）根据题意及表中数据可知，电解刚开始阶段，阳极反应式是Cu-2e^-═Cu²⁺，阴极反应式为2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；　
（2）随着电解的继续，溶液中Cu²⁺的浓度增大，H⁺电解完后，铜离子向阴极移动，阴极反应则变成Cu²⁺+2e^-═Cu，所以电解过程中只有电镀铜的过程，阳极溶解的铜与阴极生成的铜质量相同，溶液的组成保持不变，电解持续进行，所以电解质溶液的组成、浓度不再发生变化，溶液的pH也不再发生变化；
0.1mol?L^-1 CuSO₄溶液的pH为4.17，溶液中铜离子水解生成氢氧化铜和氢离子，溶液呈酸性，反应的离子方程式为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；
故答案为：电解持续进行，H⁺电解完后，电解过程发生转变，阳极反应式为Cu-2e^-═Cu²⁺，阴极反应式为Cu²⁺+2e^-═Cu，电解质溶液的组成、浓度不再发生变化，溶液的pH也不再发生变化；Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；
（3）若电解过程中只有电镀铜的过程，阳极溶解的铜与阴极生成的铜质量相同，溶液的组成保持不变，则阳极铜的减少为

9.6g

2

=4.8g，转移电子的物质的量为0.15mol，而实际上先有H₂产生，后有电镀铜的过程，故实际转移电子的物质的量大于0.15mol，
故答案为：＞；
（4）若欲使所得电解质溶液复原到500mL0.1mol?L^-1 H₂SO₄溶液，根据“析出什么加入什么”原则知，应该加入氢气，但实际上氢气和溶液不反应，则加入的物质和硫酸铜溶液反应生成沉淀，且实际上溶液中增加的质量恰好等于氢气的质量，所以需要通入H₂S，反应方程式为H₂S+CuSO₄═CuS↓+H₂SO₄，
故答案为：向溶液中通入H₂S；
（5）整个电解过程可分为四段：
①刚开始电解时，阳极：Cu-2e^-=Cu²⁺，阴极：2H⁺+2e^-=H₂↑，这时溶液中H⁺减少，pH增大，阴极质量不变；
②一段时间后，Cu ²⁺迁移到阴极附近，阴极反应变为：Cu-2e^-=Cu²⁺，阴极质量开始增加，由于阳极消耗铜的速率与阴极生成铜的速率相同，溶液中Cu ²⁺浓度不变，pH不变；
③当铜镀层溶解完全后，这时阳极反应变为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，溶液pH开始减小，阴极上析出铜，所以阴极质量增大；
④又过一段时间，当溶液中的Cu ²⁺反应完全后，阴极反应又变为：2H⁺+2e^-=H₂↑，阴极质量不再增加，总反应为电解水，溶剂减少，硫酸浓度增大，溶液pH还要减小；
则符合条件的为A，故选A．

点评：本题考查了电解池原理，明确离子的放电顺序是解本题关键，知道活泼金属作阳极时，阳极上金属失电子而不是电解质溶液中阴离子失电子，难点是（5）题，注意该电解过程分为四个阶段，明确每个阶段发生的反应，同时考查学生分析问题的缜密性，难度较大．