Question

常温下电解200 mL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右图Ⅰ、Ⅱ所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），根据图中信息进行下列计算：

（1）原混合溶液NaCl和CuSO₄的物质的量浓度。
（2）t₂时所得溶液的pH。
（3）电解至t₃时，消耗水的质量。

Answer 1

（1）0.1mol/L  0.1mol/L
（2）1  （3）0.72g

电解NaCl与CuSO₄混合溶液，阳极首先是氯离子放电生成氯气，然后是OH^－放电生成氧气。阴极首先是铜离子放电析出铜，然后是氢离子放电生成氢气。电极反应式分别为4Cl^－－4e^－=2Cl₂↑、4OH^－－4e^－=2H₂O＋O₂↑，2Cu^2＋＋4e^－=2Cu、4H^＋＋4e^－=2H₂↑。所以I是氢气，Ⅱ是氯气和氧气。由图像可知反应进行到t₂时氯气的体积为224ml、氧气为112ml，其物质的量分别为0.01mol和0.005mol，转移电子0.01mol×2+0.005mol×4＝0.04mol，根据得失电子守恒可知析出的铜为0.02mol，所以原混合溶液NaCl和CuSO₄的物质的量浓度分别为、。在t₁～t₂阶段电解硫酸铜和水，生成氧气0.005mol，所以产生的氢离子为0.005mol×4＝0.02mol，其浓度为0.1mol/L，故pH为1。在t₂～t₃阶段只电解水，生成氧气的体积为672ml－336ml＝336ml，其物质的量为0.015mol，则消耗水是0.015mol×2＝0.03mol，质量是0.03mol×18g/mol＝0.54g。又因为在t₁～t₂阶段电解硫酸铜和水，其中氧气是0.005mol，消耗水0.005mol×2＝0.01mol，质量是0.18g，所以共消耗水的质量是0.54g+0.18g＝0.72g。