Question

常温下，电解200mL物质的量浓度都是0.2 mol/L NaCl和CuSO₄的混合液，理论上阴极收集到的气体的体积为896mL
（气体体积已换算成标准状况下的气体）
则：（1）写出阴极、阳极两极反应方程式；
    （2）阳极收集到气体的体积为多少mL？

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：溶液中含有氯化钠的物质的量为0.2L×0.2 mol/L=0.04mol，含有硫酸铜的物质的量为：0.2L×0.2 mol/L=0.04mol，即含有氯离子、铜离子的物质的量都是0.04mol，阴极上阳离子得到电子发生还原反应，铜离子先放电，然后氢离子放电；阳极上氯离子先放电，然后氢氧根离子再放电，依据阳极得到电子总数等于阴极失去电子总数计算阳极生成气体的物质的量，进而计算标况下体积．

解答： 解：（1）200mL物质的量浓度都是0.2 mol/L NaCl和CuSO₄的混合液中含有氯离子、铜离子的物质的量都是0.04mol，阴极收集到的气体的体积为896mL，物质的量为0.04mol，阳极上放电的离子依次是Cu²⁺、H⁺，电极反应式为：Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑；阴极上Cl^-、OH^-依次放电，电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
答：阳极反应为Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑；阴极反应为2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）依据两极得失电子守恒知：
阴极2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O
    2    2   1           4        4      1
0.04mol   n   n（Cl₂）             n′n（O₂） 
n（Cl₂）=0.04mol÷2=0.02mol
n（Cl₂）+n（O₂）=0.04mol  所以n（O₂）=0.02mol；
共失去电子数为：n+n′=0.04mol+0.08mol=0.12mol；
阳极：Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑；
         1       2                     2        1 
       0.04mol 0.08mol         0.12mol-0.08mol  n（H₂）
 n（H₂）=（0.12mol-0.08mol ）÷2=0.02mol，标况下气体体积为：0.02mol×22.4L/mol=0.448L=44.8mL，
答：阳极收集到气体的体积为44.8mL．

点评：本题考查了电解池电极反应式及相关计算，明确电解池工作原理是解题关键，注意离子放电顺序及得失电子守恒规律的运用，题目难度中等．