Question

12．某温度下，取一定质量的硫酸铜溶液，用石墨作电极进行电解，当阳极产生0.025mol的气体时，CuSO₄恰好被完全电解，得密度为1.2g/cm³的溶液100mL，完成下列各小题：
（1）CuSO₄溶液呈酸性的原因（用离子方程式表示）：Cu²⁺+2H₂O?2H⁺+Cu（OH）₂；CuSO₄溶液中下列离子浓度关系正确的D；
A．c（Cu²⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）     B．c（Cu²⁺）+c（H⁺）═c（SO₄^2-）+c（OH^-）
C．c（SO₄^2-）-c（OH^-）═c（Cu²⁺）-c（H⁺）      D．2c（Cu²⁺）+c（H⁺）═2c（SO₄^2-）+c（OH^-）
（2）电解后所得溶液的pH=0；电解前所取CuSO₄溶液的质量为124.0克．
（3）若要使电解后所得溶液恢复至电解前的原状态，需要加入的物质为（写化学式）CuO，质量为4.0克．

Answer 1

分析 （1）硫酸铜中铜离子水解导致溶液显示酸性，根据溶液中离子的水解结合电荷守恒确定离子浓度之间的大小关系；
（2）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0.025mol的气体时，电子转移0.025mol×4=0.1mol，同时阴极析出铜6.4g，据此计算溶液中c（H⁺）和溶液质量，并求pH；
（3）电解过程中依据出什么加什么原则，据此结合元素守恒分析计算．

解答 解：（1）硫酸铜中铜离子水解导致溶液显示酸性Cu²⁺+2H₂O?2H⁺+Cu（OH）₂，所以c（Cu²⁺）＜c（SO₄^2-），c（H⁺）＞c（OH^-），即c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故A错误，根据电荷守恒：2c（Cu²⁺）+c（H⁺）═2c（SO₄^2-）+c（OH^-），故BC错误，选D．
故答案为：Cu²⁺+2H₂O?2H⁺+Cu（OH）₂；D；
（2）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；阳极产生0.025mol的气体为氧气，电子转移0.025mol×4=0.1mol，同时阴极析出铜3.2g，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\;}}{\;}$2Cu+4H⁺+O₂↑，
2mol 4mol 1mol
n（Cu²⁺） n（H⁺） 0.025mol
n（H⁺）=$\frac{0.025×4}{1}$=0.1mol，c（H⁺）=$\frac{0.1mol}{0.1L}$=1mol/L，故pH=0，析出氧气的质量为：0.025mol×32g/mol=0.8g，析出铜的质量为3.2g，故原溶液质量为：0.8g+3.2g+1.2g•cm^-3×100mL=124.0g，
故答案为：0；124.0；
（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0.025mol×32g/mol=0.8g，析出铜的质量为3.2g，故加入氧化铜的质量为0.8g+3.2g=4.0g，故答案为：CuO；4.0．

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．