Question

常溫下電解200 mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如右圖Ⅰ、Ⅱ所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），根據圖中信息進行下列計算：

（1）原混合溶液NaCl和CuSO₄的物質的量濃度。
（2）t₂時所得溶液的pH。
（3）電解至t₃時，消耗水的質量。

Answer 1

（1）0.1mol/L  0.1mol/L
（2）1  （3）0.72g

電解NaCl與CuSO₄混合溶液，陽極首先是氯離子放電生成氯氣，然后是OH^－放電生成氧氣。陰極首先是銅離子放電析出銅，然后是氫離子放電生成氫氣。電極反應式分別為4Cl^－－4e^－=2Cl₂↑、4OH^－－4e^－=2H₂O＋O₂↑，2Cu^2＋＋4e^－=2Cu、4H^＋＋4e^－=2H₂↑。所以I是氫氣，Ⅱ是氯氣和氧氣。由圖像可知反應進行到t₂時氯氣的體積為224ml、氧氣為112ml，其物質的量分別為0.01mol和0.005mol，轉移電子0.01mol×2+0.005mol×4＝0.04mol，根據得失電子守恒可知析出的銅為0.02mol，所以原混合溶液NaCl和CuSO₄的物質的量濃度分別為、。在t₁～t₂階段電解硫酸銅和水，生成氧氣0.005mol，所以產生的氫離子為0.005mol×4＝0.02mol，其濃度為0.1mol/L，故pH為1。在t₂～t₃階段只電解水，生成氧氣的體積為672ml－336ml＝336ml，其物質的量為0.015mol，則消耗水是0.015mol×2＝0.03mol，質量是0.03mol×18g/mol＝0.54g。又因為在t₁～t₂階段電解硫酸銅和水，其中氧氣是0.005mol，消耗水0.005mol×2＝0.01mol，質量是0.18g，所以共消耗水的質量是0.54g+0.18g＝0.72g。