Question

4．A、B、C三種強電解質，它們在水中電離出的離子如下表所示：

陽離子	Ag+  Na+
陰離子	NO3-  SO42-  Cl-

如圖1所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放足量的A、B、C三種溶液，電極均為石墨電極．
接通電源，經過一段時間后，測得乙中c電極質量增加了27克．常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時間t的關系圖如圖2．據此回答下列問題：
（1）M為電源的負極（填寫“正”或“負”），甲、乙電解質分別為NaCl、AgNO₃（填寫化學式）．
（2）計算電極f上生成的氣體在標準狀況下的體積1.4L．
（3）寫出乙燒杯的電解池總反應4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4HNO₃+4Ag+O₂↑．
（4）若電解后甲溶液的體積為25L，則該溶液的pH為12．
（5）要使丙恢復到原來的狀態(tài)，應加入2.25gH₂O．（填寫化學式）

Answer 1

分析 （1）由圖可知，電解前甲、丙中溶液pH均為7，乙中溶液的pH小于7，由離子共存可知，三種電解質中其中一種為AgNO₃，AgNO₃溶液pH＜7，電解AgNO₃溶液有硝酸生成，隨電解進行溶液pH減小，故乙中為AgNO₃，電解甲中溶液，隨電解進行溶液pH增大，說明有堿生成，則甲中為NaCl，電解丙中溶液時，溶液pH始終為7，實質是電解水，丙中為Na₂SO₄．
接通電源，經過一段時間后，測得乙中C電極質量增加了27克，說明析出27g Ag，則c為陰極、d為陽極，則M為負極、N為正極；
（2）f為陽極，生成的氣體為氧氣，根據的電子轉移守恒計算氧氣體積；
（3）乙中陽極是氫氧根離子放電生成氧氣，陽極是銀離子放電生成Ag；
（4）甲中陰極發(fā)生反應：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，根據電子轉移計算n（OH^-），進而計算c（OH^-），再計算根據水的離子積計算c（H⁺），根據pH=-lgc（H⁺）；
（5）丙中電池總反應式為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，加入消耗水的質量可以使溶液恢復到原來的狀態(tài)，根據電子轉移守恒計算電解水的質量．

解答 解：（1）由圖可知，電解前甲、丙中溶液pH均為7，乙中溶液的pH小于7，由離子共存可知，三種電解質中其中一種為AgNO₃，AgNO₃溶液pH＜7，電解AgNO₃溶液有硝酸生成，隨電解進行溶液pH減小，故乙中為AgNO₃，電解甲中溶液，隨電解進行溶液pH增大，說明有堿生成，則甲中為NaCl，電解丙中溶液時，溶液pH始終為7，實質是電解水，丙中為Na₂SO₄．
接通電源，經過一段時間后，測得乙中C電極質量增加了27克，說明析出27g Ag，則c為陰極、d為陽極，則M為負極、N為正極，
故答案為：負；NaCl；AgNO₃；
（2）整個過程轉移電子為：$\frac{27g}{108g/mol}$×1=0.25mol，
丙中為Na₂SO₄溶液，f為陽極，生成的氣體為氧氣，根據的電子轉移守恒，生成氧氣物質的量為$\frac{0.25mol}{4}$，則標況下生成氧氣體積為$\frac{0.25mol}{4}$×22.4L/mol=1.4L，
故答案為：1.4L；
（3）乙中陽極是氫氧根離子放電生成氧氣，陽極是銀離子放電生成Ag，電池總反應式為：4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4HNO₃+4Ag+O₂↑，
故答案為：4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4HNO₃+4Ag+O₂↑；
（4）甲中陰極發(fā)生反應：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，根據電子轉移，可知n（OH^-）=0.25mol，則c（OH^-）=$\frac{0.25mol}{25L}$=0.01mol/L，則c（H⁺）=10^-12mol/L，則溶液pH=-lgc（H⁺）=12，
故答案為：12；
（5）丙中電池總反應式為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，根據電子轉移守恒，電解消耗水為$\frac{0.25mol}{2}$=0.125mol，故消耗水的質量為0.125mol×18g/mol=2.25g，故加入2.25g水可以使溶液恢復到原來的狀態(tài)，
故答案為：2.25；H₂O．

點評 本題考查電解原理及有關計算，關鍵是結合離子構成、電解過程溶液pH變化確定各裝置中電解質，理解電解工作原理與離子放電順序，注意電子轉移守恒在電化學計算中應用，難度中等．