Question

20．如圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100g5.00%的NaOH溶液，足量的CuSO₄溶液和100g10.00%的K₂SO₄溶液，電極均為石墨電極．接通電源，經過一段時間后，測得丙中K₂SO₄濃度為10.47%，乙中c電極質量增加．據此回答問題：

（1）電源的N端為正極，電極b上發(fā)生的電極反應為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（2）電解前后甲溶液 pH增大；乙溶液 pH減小；丙溶液 pH不變．（填“變大”、“變小”或“不變”）
（3）電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積2.8L；電極c的質量變化是16g．
（4）寫出乙溶液中的電解反應的化學方程式：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，需加入CuO（填物質化學式）20g可使該電解質溶液復原．

Answer 1

分析 乙為足量的CuSO₄溶液，接通電源，經過一段時間后，乙中c電極質量增加，由此可知c為電解池的陰極，則d為陽極，M為負極，N為正極，a為陰極，
b為陽極，e為陰極，f為陽極，電解池工作時，陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應，結合電解規(guī)律和離子的放電順序可解答該題．

解答 解：（1）乙杯中c質量增加，說明Cu沉積在c電極上，電子是從b-c移動，M是負極，N為正極；甲中為NaOH，相當于電解H₂O，陽極b處為陰離子OH^-放電，即4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：正；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（2）甲中相當于電解水，故NaOH的濃度增大，pH變大；乙中陰極為Cu²⁺放電，陽極為OH^-放電，電解方程式為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，所以H⁺增多，故pH減��；丙中為電解水，對于K₂SO₄而言，其pH幾乎不變，
故答案為：增大；減小；不變；
（3）丙中為K₂SO₄，相當于電解水，設電解的水的質量為x．由電解前后溶質質量相等有，100×10%=（100-x）×10.47%，得x=4.5g，故為0.25mol．
由方程式2H₂+O₂═2H₂O可知，生成2molH₂O，轉移4mol電子，所以整個反應中轉化0.5mol電子，
電極b發(fā)生：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
則生成O₂為$\frac{0.5mol}{4}$=0.125mol，標況下的體積為0.125×22.4=2.8L，
整個電路是串聯的，所以每個燒杯中的電極上轉移電子數是相等的，根據電極反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，可知轉移0.5mol電子生成的m（Cu）=$\frac{0.5}{2}$mol×64g/mol=16g．
故答案為：2.8L；16g；
（4）乙溶液中的電解反應的化學方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，轉移0.5mol電子，則陰極析出0.25molCu，陽極析出0.125mol氧氣，相當于0.25molCuO，質量為0.25mol×80g/mol=20g，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；CuO；20．

點評 本題為電化學知識的綜合應用，做題時要注意根據電極反應現象判斷出電解池的陰陽級，進而判斷出電源的正負極，要注意三個電解池為串聯電路，各電極上得失電子的數目相等．做題時要正確寫出電極方程式，準確判斷兩極上離子的放電順序．