Question

4．某温度下，取一定质量的硫酸铜溶液，用石墨做电极进行电解，当阳极产生标况下气体1.12L时，CuSO₄恰好被完全电解，得到密度为1.2g•cm^-3的溶液200mL．求：
（1）电解后所得溶液的[H⁺]为1mol/L．
（2）电解前所取CuSO₄溶液的质量为248.0g．
（3）若要使电解后所得溶液恢复至电解前的原状态，需要加入何种物质（只要求写出一种），其化学式为CuO，加入物质的质量为8.0g．

Answer 1

分析 用石墨电极电解CuSO₄溶液，阳极反应为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，总反应离子方程式为：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+4H⁺+O₂↑，当阳极产生标准状况下气体1.12L时，生成氧气的物质的量为：$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，电子转移0.05mol×4=0.2mol，同时阴极析出铜6.4g，电解过程中依据出什么加什么原则，据此分析计算．

解答 解：（1）在25℃时，用石墨电极电解CuSO₄溶液，阳极反应为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu；当阳极产生标准状况下气体1.12L时，生成氧气的物质的量为：$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，电子转移0.05mol×4=0.2mol，同时阴极析出铜6.4g，电解过程中，阳极反应为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，总反应离子方程式为：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+4H⁺+O₂↑，
                                2mol              4mol  22.4L
                               n（Cu²⁺）          n（H⁺） 1.12L
n=$\frac{4mol×1.12L}{22.4L/mol}$=0.2mol，c（H⁺）=$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，故答案为：1mol/L；
（2）析出氧气的质量为：0.05mol×32g/mol=1.6g，析出铜的质量为6.4g，故原溶液质量为：1.6g+6.4g+1.2g•cm^-3×200mL=248.0g，
故答案为：248.0；            
（3）电解过程中依据出什么加什么原则，电解过程中析出铜和氧气，所以要使电解后溶液恢复到电解前的状态加入氧化铜可以恢复溶液浓度，析出氧气的质量为：0.05mol×32g/mol=1.6g，析出铜的质量为6.4g，故加入氧化铜的质量为：1.6g+6.4g=8.0g，故答案为：CuO；8.0．

点评 本题考查了电解原理的应用，电极反应的书写方法，电子守恒的计算应用，中等难度，清楚电极反应是解题的关键．