Question

2．以石墨電極電解200mL CuSO₄溶液，電解過程中電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量n（e^-）與產(chǎn)生氣體總體積V（g）（標準狀況）的關(guān)系如圖所示．下列說法中（忽略溶液體積變化）正確的是（　�。�

• A． 電解前CuSO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為2mol/L
• B． 電解后所得溶液中c（H⁺）═2mol/L
• C． 當n（e^-）=0.6mol時，V（H₂）：V（O₂）=3：2
• D． 向電解后的溶液中加入16gCuO，則溶液可恢復(fù)為電解前的濃度

Answer 1

分析 電解CuSO₄溶液時，陽極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^-=Cu，如果陰極上沒有氫離子放電，則圖中氣體體積與轉(zhuǎn)移電子曲線應(yīng)該是直線，實際上是曲線，說明陰極上還有氫離子放電，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑，
A．當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時Cu²⁺完全析出，n（Cu²⁺）=$\frac{0.4mol}{2}$=0.2mol，根據(jù)Cu原子守恒得c（CuSO₄）=c（Cu²⁺）=$\frac{n}{V}$；
B．當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時，生成n（H₂SO₄）=0.2mol，c（H⁺）=$\frac{0.2mol×2}{0.2L}$=2mol/L；
C．當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時生成的氣體完全是氧氣，當轉(zhuǎn)移電子0.4-0.6mol之間時生成的氣體是氫氣和氧氣，且氫氣和氧氣的物質(zhì)的量之比是2：1，根據(jù)氫氣、氧氣和轉(zhuǎn)移電子之間關(guān)系式計算；
D．要使電解后的溶液恢復(fù)原狀，應(yīng)該采用“析出什么加入什么”原則加入物質(zhì)．

解答 解：電解CuSO₄溶液時，陽極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^-=Cu，如果陰極上沒有氫離子放電，則圖中氣體體積與轉(zhuǎn)移電子曲線應(yīng)該是直線，實際上是曲線，說明陰極上還有氫離子放電，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑，
A．當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時Cu²⁺完全析出，n（Cu²⁺）=$\frac{0.4mol}{2}$=0.2mol，根據(jù)Cu原子守恒得c（CuSO₄）=c（Cu²⁺）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，故A錯誤；
B．當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時，生成n（H₂SO₄）=0.2mol，因為忽略溶液體積變化，所以c（H⁺）=$\frac{0.2mol×2}{0.2L}$=2mol/L，故B正確；
C．當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時生成的氣體完全是氧氣，當轉(zhuǎn)移電子0.4-0.6mol之間時生成的氣體是氫氣和氧氣，且氫氣和氧氣的物質(zhì)的量之比是2：1，則生成n（O₂）=$\frac{0.6mol}{4}$=0.15mol，生成n（H₂）=$\frac{0.2mol}{2}$=0.1mol，相同條件下，氣體摩爾體積相等，所以其體積之比等于物質(zhì)的量之比，則V（H₂）：V（O₂）=0.1mol：0.15mol=2：3，故C錯誤；
D．要使電解后的溶液恢復(fù)原狀，應(yīng)該采用“析出什么加入什么”原則加入物質(zhì)，根據(jù)以上分析知，陰極上析出Cu、H₂，陽極上析出O₂，所以只加入CuO不能使溶液恢復(fù)原狀，故D錯誤；
故選B．

點評 本題以電解原理為載體考查物質(zhì)的量有關(guān)計算，明確離子放電順序及電解過程中發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，注意轉(zhuǎn)移電子守恒的靈活運用，題目難度不大．