Question

常温下用惰性电极电解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

常温下用惰性电极电解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图中Ⅰ、Ⅱ所示（以下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．（1）通过计算推测：①原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度．c（NaCl）=______mol?L-1，c（CuSO4）=______mol?L-1．②t2时所得溶液的pH=______．（2）若用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液200mL，经过一段时间后两极均得到224mL气体，则原混合溶液中氯离子浓度的取值范围为______，铜离子浓度的取值范围为______．

Answer 1

（1）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，
故答案为：0.1；0.1；
 ②由t₂时4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O～4H⁺，n（H⁺）=0.005mol×4=0.02mol，则溶液的c（H⁺）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，pH=1，
故答案为：1；
（2）根据题意，在阴极放电的离子有Cu²⁺、H⁺，在阳极放电的离子有Cl^-、OH^-，经过一段时间后两极分别得到224mL气体，设c（Cl^-）=x，c（Cu²⁺）=y．
阴极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu
         0.2y 0.4y
    2H⁺+2e^-=H₂↑
    0.02mol 

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol
阳极反应：
     2Cl^--2e^-=Cl₂↑
   0.2x     0.2x  0.1x
     4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
    0.04mol-0.2x     

0.224L

22.4L/mol

mol-0.1x=0.01-0.1x
因为阳极生成的气体不可能全为O₂，
所以0＜0.01-0.1x＜0.01，0＜x＜0.1，
又根据阴阳两极通过电子数相等得：0.4y+0.02=0.2x+0.08-0.4x，即x=0.3-2y，即0＜y＜0.05mol/L．
故答案为：0＜c（Cl^-）＜0.1mol/L；0＜c（Cu²⁺）＜0.05mol/L．