Question

常温下电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如下图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，根据图中信息回答下列问题。

⑴通过计算推测：
①原混合溶液NaCl和CuSO₄的物质的量浓度。
②t₂时所得溶液的pH。
⑵实验中发现，阳极产生的气体体积与阴极相比，明显小于对应时间段的理论值。试简要分析其可能原因。

Answer 1

⑴①c(NaCl)＝0.1mol/L   c(CuSO₄)＝0.1mol/L  ②pH＝1
⑵产生的氯气和氧气在水中的溶解度明显大于氢气

试题分析：电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，阳极发生2Cl^－－2e^－＝Cl₂↑、4OH^－－4e^－＝O₂↑+2H₂O，阴极发生Cu²⁺+2e^－＝Cu、2H⁺+2e^－＝H₂↑，结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系。
（1）①由图可知，产生氯气为224mL，则由2Cl^－－2e^－＝Cl₂↑可知
n（NaCl）＝（0.224L÷22.4L/mol）×2＝0.02mol
所以c（NaCl）＝0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L
由t₂时生成氧气为112mL，n（O₂）＝0.112L÷22.4L/mol＝0.005mol
则共转移电子为0.02mol＋0.005mol×4＝0.04mol
根据电子守恒及Cu²⁺+2e^－＝Cu可知
n（CuSO₄）＝0.04mol÷2＝0.02mol
所以c（CuSO₄）＝0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L
②由t₂时4OH^－－4e^－＝O₂↑+2H₂O～4H⁺可知
n（H⁺）＝0.005mol×4＝0.02mol
则溶液的c（H⁺）＝0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L
所以pH＝1
（2）由于产生的氯气和氧气在水中的溶解度明显大于氢气，所以阳极产生的气体体积与阴极相比，明显小于对应时间段的理论值。
点评：该题是中等难度的试题，试题综合性强，侧重对学生答题能力的培养。明确发生的电极反应及图象的对应关系是解答本题的关键，有利于调动学生的学习兴趣，激发学生的学习积极性，有利于提高学生应试能力，提升学生的学科素养。