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电解原理在化学工业中有广泛应用.如图表示一个电解池,装有电解液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连.请回答以下问题:

(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液,则

①电解池中X极上的电极反应式为 .

②Y电极上的电极反应式为 ,

③该反应的总反应方程式是: ﹣

(2)如要用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则

①X电极的材料是 ,电极反应式是 .

②Y电极的材料是 ,电极反应式是 .

(3)若a为CuSO4溶液,则电解时的化学反应方程式为 、 通过一段时间后,向所得溶液中加入0.2molCu(OH)2粉末,恰好恢复电解前的浓度和pH,则电解过程中转移的电子的物质的量为 .

(4)若电解含有0.04molCuSO4和0.04molNaCl的混合溶液400ml,当阳极产生的气体672mL(标准状况下)时,溶液的C(H+)= (假设电解后溶液体积不变).

 

(1) ①2H++2e﹣=H2↑;

②2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑;

③2Cl﹣+2H2O═2H2+Cl2↑+2OH﹣;

(2)①纯铜;Cu2++2e﹣=Cu;

②粗铜;Cu﹣2e﹣=Cu2+;

(3)2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4、2H2O O2↑+2H2↑;0.8mol;

(4)0.1mol/L.

【解析】

试题分析:(1)①和电源的负极相连的电极X极是阴极,该电极上氢离子发生得电子的还原反应,即2H++2e﹣=H2↑,②和电源的正极相连的电极Y极是阳极,该电极上氯离子发生失电子的氧化反应,即2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑,③阳极上是氯离子离子失电子,阴极上是氢离子得电子,电解总反应离子方程式为:2Cl﹣+2H2O═2H2+Cl2↑+2OH﹣。

(2)①电解方法精炼粗铜,X为阴极,电解池的阴极材料是纯铜,电极反应为

Cu2++2e﹣=Cu,②电解方法精炼粗铜,Y为阳极,电解池的阳极材料是粗铜,电极反应为:Cu﹣2e﹣=Cu2+,

(3)若a为CuSO4溶液,则X电极上铜离子放电,当铜离子放电完全后,氢离子再放电,Y电极上氢氧根离子放电,所以电池反应式有

2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4、2H2O O2↑+2H2↑;通过一段时间后,向所得溶液中加入0.2molCu(OH)2粉末能使溶液恢复原状,相当于加入0.2molCuO、0.2molH2O,所以阴极上析出氢气、Cu,根据原子守恒得n(H2)=n(H2O)=0.2mol,n(CuO)=n(Cu)=0.2mol,

设生成0.2molCu转移电子的物质的量为x、生成0.2mol氢气转移电子的物质的量为y,

2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4转移电子

2mol 4mol

0.2mol x

2mol:4mol=0.2mol:x

x==0.4mol

2H2O O2↑+2H2↑ 转移电子

2mol 4mol

0.2mol y

2mol:4mol=0.2mol:y

y==0.4mol,

所以转移电子的物质的量=xmol+ymol=0.4mol+0.4mol=0.8mol;

(4)若电解含有0.04molCuSO4和0.04molNaCl的混合溶液400ml,阳极上先氯离子放电后氢氧根离子放电,假设阳极上氯离子完全放电,

则生成n(Cl2)=n(NaCl)=0.02mol,当阳极产生的气体672mL(标准状况下)时,生成气体的物质的量==0.03mol>0.02mol,

在阳极上还有氧气生成,生成氧气的物质的量为0.01mol,阳极上转移电子的物质的量=2n(Cl2)+4n(O2)=0.04mol+0.04mol=0.08mol,

阴极上铜离子完全放电时转移电子的物质的量=2×0.04mol=0.08mol,

所以阴极上氢离子不放电,当阳极上生成氧气时,同时阳极附近有氢离子生成,电池反应式为2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+,

根据氧气和氢离子的关系式得n(H+)=4n(O2)=0.04mol,

则C(H+)==0.1mol/L,

考点:原电池和电解池的工作原理..

 

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