联招化学·电解规律与电解后溶液复原

题目性质：自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题，非真题原文，未取自任何题库、教辅或试卷；解析与采分点为教研整理，非官方评分标准。

一、考点定位与做题顺序

复原只有一句口诀但要会用：「出什么，加什么；按析出的元素组成与比例加回」。电解 CuSO₄ 溶液（惰性电极）时，阴极析出 Cu、阳极析出 O₂，二者物质的量比为 2 : 1，相当于从溶液里拿走了 2CuO（因为 2Cu + O₂ = 2CuO）。所以应加 CuO，不是 Cu、不是 Cu(OH)₂、更不是 CuSO₄。

判断顺序固定四步：①定电极（惰性还是活性）、②排放电顺序（阳极：活性电极本身 > S²⁻ > I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > OH⁻ > 含氧酸根；阴极：Ag⁺ > Cu²⁺ > H⁺(酸) > Na⁺ 等活泼金属离子不放电，水得电子）、③写电极式并配电子、④合并总反应再按「出什么」定复原物。下面装置与数据为自编示意数值，相对原子质量按本题设定 Cu=64、O=16、H=1、S=32。

二、题目呈现

题目

用惰性电极电解足量 CuSO₄ 溶液，自编示意条件下通过回路的电子为 0.400 mol，忽略副反应与气体溶解。
(1) 写出阴极、阳极的电极反应式与总反应方程式，并说明电解后溶液 pH 如何变化、原因是什么；
(2) 计算析出 Cu、放出 O₂ 以及生成 H₂SO₄ 的物质的量，并做电子守恒、原子守恒、酸碱量三条回代验算；
(3) 要使电解后的溶液恢复到电解前的组成与浓度，应加入什么物质、加入多少摩尔与多少克？写出所加物质与溶液中 H₂SO₄ 反应的化学方程式，并说明为什么不能加 Cu(OH)₂ 或 CuSO₄。

补充问

(4) 若把阳极换成铜电极（活性电极），阴极仍为惰性电极，总反应与复原方法会怎样改变？若改电解 NaCl 溶液（惰性电极），复原应加什么？

三、分步解析

(1) 电极式与总反应　阴极（还原）：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu。阳极（氧化）：2H₂O − 4e⁻ = O₂↑ + 4H⁺。（SO₄²⁻ 为含氧酸根，在水溶液中不放电，故由 OH⁻／H₂O 失电子。）
把阴极式乘 2 使电子数配平：2Cu²⁺ + 4e⁻ = 2Cu；与阳极式相加得离子总式 2Cu²⁺ + 2H₂O →(通电) 2Cu + O₂↑ + 4H⁺；补全 SO₄²⁻ 得分子总反应：2CuSO₄ + 2H₂O →(通电) 2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄。
pH 变化：阳极每失 4e⁻ 生成 4H⁺，而 Cu²⁺ 在阴极被消耗、不再水解释放 H⁺，溶液由近中性变酸，pH 减小。原因是生成了 H₂SO₄ 且 OH⁻ 被消耗。
采分点：阴极式 1 分、阳极式 2 分（含 4H⁺）、总反应 2 分（含条件与气体符号）、pH 与原因 1 分、放电顺序说明 1 分。

(2) 定量与三条回代　n(e⁻) = 0.400 mol。
阴极：2e⁻ ↔ 1 Cu ⇒ n(Cu) = 0.400/2 = 0.200 mol。
阳极：4e⁻ ↔ 1 O₂ ⇒ n(O₂) = 0.400/4 = 0.100 mol。
由总反应 2CuSO₄ ↔ 2H₂SO₄（系数比 1:1）⇒ n(H₂SO₄) = n(CuSO₄ 消耗) = n(Cu) = 0.200 mol；也可由 n(H⁺) = n(e⁻) = 0.400 mol ⇒ n(H₂SO₄) = 0.400/2 = 0.200 mol。
验算一（电子守恒）：阴极得电子 2 × 0.200 = 0.400 mol，阳极失电子 4 × 0.100 = 0.400 mol，与题给一致 ✓。
验算二（原子守恒）：消耗 CuSO₄ 0.200 mol 含 Cu 0.200、S 0.200；生成 Cu 0.200、H₂SO₄ 0.200（含 S 0.200）；O：反应物 2H₂O 中 O 0.200 mol，产物 O₂ 中 O 0.200 mol ✓（本例按 0.200 mol CuSO₄ 对应 0.200 mol H₂O 与 0.100 mol O₂，比例与总式 2:2:1 一致）。
验算三（酸碱量）：n(H⁺) = 4 × n(O₂) = 0.400 mol = 2 × n(H₂SO₄) ✓，与阳极式系数自洽。
采分点：三个量各 1 分、两条计量比各 1 分、三条验算各 1 分。

(3) 复原　应加 CuO。理由：电解相当于从溶液中拿走 0.200 mol Cu 与 0.100 mol O₂，二者恰组成 0.200 mol CuO（2Cu + O₂ = 2CuO，比例 2:1 与析出量一致）。
n(CuO) = 0.200 mol；M(CuO) = 64 + 16 = 80 g/mol，m = 0.200 × 80 = 16.0 g。
与酸反应：CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O。
闭环核对：0.200 mol CuO 恰好消耗电解生成的 0.200 mol H₂SO₄，再生 0.200 mol CuSO₄ 与 0.200 mol H₂O——正好补回电解消耗的 0.200 mol CuSO₄ 与 0.200 mol H₂O，溶液组成与浓度完全复原 ✓（CuO 也可换成 CuCO₃：CuCO₃ + H₂SO₄ = CuSO₄ + CO₂↑ + H₂O，同样补回 CuSO₄ 与水，但会放出 CO₂，需注明逸出不影响溶液组成）。
为什么不能加 Cu(OH)₂：Cu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O，每 0.200 mol 会生成 0.400 mol 水，比电解消耗的 0.200 mol 多出一倍，溶液被稀释，浓度回不到原值。为什么不能加 CuSO₄：只补了 Cu²⁺ 与 SO₄²⁻，既没消耗生成的 H₂SO₄（溶液依旧偏酸），也没补回被电解掉的水，酸度与浓度都不复原。
采分点：判断 CuO 1 分、物质的量与质量各 1 分、方程式 1 分、闭环核对 2 分、两个「不能」各 1 分。

(4) 两种变式　换铜阳极（活性电极）：阳极不再是水放电，而是 Cu − 2e⁻ = Cu²⁺（阳极铜溶解）；阴极仍为 Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu。总反应相当于铜从阳极搬到阴极（电解精炼/电镀型），CuSO₄ 溶液的浓度与 pH 基本不变，因此无需复原（只需补充阳极损耗的铜）。改电解 NaCl 溶液（惰性电极）：阳极 2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂↑，阴极 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻，总反应 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑；析出的是 H₂ 与 Cl₂，二者化合成 HCl，故复原应通入适量 HCl 气体（不是加盐酸——加盐酸会额外带入水，稀释溶液），使 NaOH 被中和回 NaCl 与水。
采分点：活性阳极电极式 1 分、浓度不变与无需复原 1 分、NaCl 总反应 1 分、通 HCl 而非加盐酸 2 分。

四、采分点对照

五、高频易错点

• 阳极式写成 2SO₄²⁻ − 4e⁻ = … 或漏写 4H⁺，导致 pH 判断与定量全错。
• 把 n(H₂SO₄) 算成 0.100 mol（错用 4e⁻ 比例），忽略 2H⁺ ↔ 1 H₂SO₄。
• 复原时加 Cu(OH)₂ 或 CuSO₄，前者多带水稀释、后者不消耗生成的酸。
• NaCl 复原写成「加盐酸」，忽略盐酸中的水会稀释溶液，应通 HCl 气体。
• 活性阳极题仍按惰性电极写水放电，漏掉阳极金属自身溶解这一优先规则。

六、小结与自查清单

• □ 先定电极是否惰性，再按放电顺序写两极式并检查电子数相等。
• □ 定量一律从 n(e⁻) 出发，用「几个电子对一个产物」一次推全。
• □ 复原按「析出物的元素组成与比例」倒推，写出与酸/碱反应的方程式核对水的生成量。
• □ 检查复原后是否同时补回溶质、消耗掉生成的酸碱、且不带入多余的水。
• □ 气体复原用「通入气体」而非「加该气体的水溶液」，避免稀释。

复原题考的不是记答案，是把电解总反应反过来读一遍：出去了 Cu 和 O₂，就以 CuO 的形式按 2:1 还回去；生成了 H₂SO₄，就让 CuO 顺手把它中和成 CuSO₄ 与水，一箭双雕。三条守恒各回代一次，加什么、加多少就都能自证。本题电子数、装置与质量数据均为自编示意数值，不代表真实工业参数。