Question

如圖所示，通電5min后，第③極增重2.16g，同時在A池中收集到標準狀況下的氣體224mL，設A池中原混合液的體積為200mL，求通電前A池中原混合溶液中Cu²⁺的濃度。

Answer 1

通電前A池中原混合溶液Cu²⁺的濃度為0.025 mol·L^-1。

第③極質量增加，說明第③極銅棒上析出金屬銀，此極為陰極，電源的E極為負極，F極為正極。在A池中，電解液為混合溶液，顯然，在陰極Cu²⁺先放電，但要考慮到Cu²⁺完全放電后，H⁺放電的可能。A、B兩池串聯，在電解過程中，每個極上電子轉移的總數目相等是解答本題的基本依據。
在A池中發生的反應為：
陽極(②極)：4OH^--4e^-2H₂O+O₂↑
陰極(①極)：2Cu²⁺+4e^-2Cu
若Cu²⁺完全放電后還有：4H⁺+4e^-2H₂↑
轉移電子的物質的量為：
2.16 g÷108 g·mol^-1="0.02" mol
由電極反應可知，每轉移4 mol電子，放出1 mol O₂，所以②極上析出O₂的體積為：0.02 mol÷4×22.4 L·mol^-1="0.112" L＜0.224 L
說明A池收集到的氣體中還有H₂。①極上放出H₂為：0.224 L-0.112 L="0.112" L，即0.005 mol。①極上析出Cu和放出H₂共獲得0.02 mol電子。
Cu²⁺的物質的量為：(0.02 mol-0.005 mol×2)/2="0.005" mol
c(Cu²⁺)="0.005" mol/0.2 L="0.025" mol·L^-1