用 96485 C电量最多可从 CuSO4溶液中电解出 Cu为( )克 (Cu的摩尔质量为 63.54 g/mol)A. 16B. 32C. 64D. 128.
A. 16
B. 32
C. 64
D. 128.
题目解答
答案
解析
本题考查电解原理以及法拉第定律的应用。解题思路是先根据法拉第定律计算出通过给定电量时铜离子得到电子的物质的量,再根据铜离子与电子的反应关系得出铜的物质的量,最后结合铜的摩尔质量计算出铜的质量。
步骤一:明确法拉第常数和相关反应
法拉第常数 $F = 96485\ C/mol$,表示每摩尔电子所带的电量。在电解 $CuSO_4$ 溶液时,铜离子在阴极得到电子发生还原反应,其电极反应式为:$Cu^{2 + }+2e^-\longrightarrow Cu$,这表明每生成 $1$ 摩尔铜需要 $2$ 摩尔电子。
步骤二:计算通过 $96485C$ 电量时电子的物质的量
根据物质的量 $n$ 与电量 $Q$、法拉第常数 $F$ 的关系 $n=\frac{Q}{F}$,已知 $Q = 96485C$,$F = 96485C/mol$,则电子的物质的量为:
$n(e^-)=\frac{Q}{F}=\frac{96485C}{96485C/mol}=1mol$
步骤三:根据电极反应式计算铜的物质的量
由电极反应式 $Cu^{2 + }+2e^-\longrightarrow Cu$ 可知,$n(Cu)=\frac{1}{2}n(e^-)$,将 $n(e^-)=1mol$ 代入可得:
$n(Cu)=\frac{1}{2}\times1mol = 0.5mol$
步骤四:计算铜的质量
根据质量 $m$ 与物质的量 $n$、摩尔质量 $M$ 的关系 $m = nM$,已知 $n(Cu)=0.5mol$,$M(Cu)=63.54g/mol$,则铜的质量为:
$m(Cu)=n(Cu)\times M(Cu)=0.5mol\times63.54g/mol = 31.77g\approx32g$