Question

16．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如表所示：
如图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯中依次盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极．接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g．常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示．请回答下列问题：

阳离子	Na+、K+、Cu2+
阴离子	SO42-、OH-

（1）M为直流电源的负极，b电极上发生的电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
（2）计算e电极上生成的气体在标准状况下的体积为5.6L
（3）写出乙烧杯中的总反应的离子方程式：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄
（4）要使丙烧杯中的C溶液恢复到原来的状态，需要进行的操作是：（写出要加入的物质和质量）向丙烧杯中加4.5 g水．

Answer 1

分析 测得乙中c电极质量增加了16g，由表可知乙中含有Cu²⁺，结合离子的共存可知，B为CuSO₄，丙中pH不变，则C为硫酸钠或硫酸钾，甲中pH增大，则A为KOH或NaOH；
（1）c电极析出Cu，所以c为阴极，则M为负极；b为阳极，电极上是氢氧根离子失电子生成氧气；
（2）根据生成的Cu的量求出转移的电子的物质的量，再根据电子守恒求出e上生成的气体的量；
（3）乙烧杯中电解的是硫酸铜溶液；
（4）要使丙恢复到原来的状态，根据电解实质和生成产物，需要加入水，依据析出铜的质量，根据电子守恒，求出水的质量．

解答 解：测得乙中c电极质量增加了16g，由表可知乙中含有Cu²⁺，结合离子的共存可知，B为CuSO₄，丙中pH不变，则C为硫酸钠或硫酸钾，甲中pH增大，则A为KOH或NaOH；
（1）c电极析出Cu，由铜离子在阴极得电子生成Cu可知c为阴极，则M为负极，N为正极；b与正极相连，则b为阳极，所以b电极上是氢氧根离子失电子生成氧气，其电极反应式为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
故答案为：负；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（2）e与电源负极相连为阴极，则e电极上是氢离子得电子生成氢气，已知n（Cu）=$\frac{16g}{64g/mol}$=0.25mol，由Cu～2e^-～H₂↑可知生成标况下氢气的体积为0.25mol×22.4L/mol=5.6L；
故答案为：5.6L；
（3）乙烧杯中为惰性电极电解硫酸铜溶液，总反应为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（4）丙中的电解质是硫酸钠或硫酸钾，电解时被电解的是水，所以要使丙恢复到原来的状态，需加水；已知n（Cu）=$\frac{16g}{64g/mol}$=0.25mol，由Cu～2e^-～H₂↑～H₂O，则n（H₂O）=0.25mol，所以需要加入m（H₂O）=0.25mol×18g/mol=4.5 g，即向丙烧杯中加4.5 g水，
故答案为：向丙烧杯中加4.5 g水．

点评 本题考查了电解原理，明确发生的电极反应、电解反应及图象的分析是解答本题的关键，注意利用乙推出各物质及电源的正负极是解答的突破口，题目难度中等．