Question

3．如图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液，除a、b外，其余电极均为石墨电极．甲为铅蓄电池，其工作原理为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充电}^{放电}$2PbSO₄+2H₂O，其两个电极的电极材料分别为PbO₂和Pb．闭合K，发现g电极附近的溶液先变红，20min后，将K断开，此时c、d两极上产生的气体体积相同；据此回答：

（1）a电极的电极材料是PbO₂（填“PbO₂”或“Pb”）．
（2）丙装置中发生电解的总反应方程式为2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑．
（3）电解20min时，停止电解，此时要使乙中溶液恢复到原来的状态，需要加入的物质是Cu（OH）₂，其物质的量是0.01mol
（4）20min后将乙装置与其他装置断开，然后在c、d两极间连接上灵敏电流计，发现电流计指针偏转，则此时c电极为负极，d电极上发生反应的电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
（5）电解后，丁装置中两电极共收集到0.35mol气体．

Answer 1

分析 甲池是原电池做电源，发生的反应为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充电}^{放电}$2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是电解池，闭合K，发现g电极附近的溶液变红，说明g电极是电解池的阴极，h是电解池的阳极；所以a为正极，b为负极；c电极为阴极，d为阳极；e电极为阴极，f为阳极；20min后，将K断开，此时c、d两极上产生的气体体积相同，
（1）依据分析判断电极名称；
（2）丙中电解水；
（3）c、d两极上产生的气体体积相同，c电极上发生的电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu；2H⁺+2e^-=H₂↑，d电极上发生的电极反应为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，根据电子守恒计算生成的Cu、氢气和氧气的物质的量；
（4）20min后将乙装置与其他装置断开，然后在c、d两极间连上灵敏电流计，发现电流计指针偏转，说明形成了原电池反应，氢气在c极失电子，氧气在d极得电子；
（5）d极生成0.1mol氧气，转移0.4mol电子，丁装置中含有0.2molNaCl，阳极分别发生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑，结合电极方程式计算．

解答 解：甲池是原电池做电源，发生的反应为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充电}^{放电}$2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是电解池，闭合K，发现G电极附近的溶液变红，说明G电极是电解池的阴极，H是电解池的阳极；所以a为正极，b为负极；c电极为阴极，d为阳极；e电极为阴极，f为阳极；20min后，将K断开，此时c、d两极上产生的气体体积相同，
（1）a电极是铅蓄电池的正极，正极的电极材料是PbO₂；
故答案为：PbO₂；
（2）丙中电解硫酸铝，其实际上是电解水，其电解方程式为：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；
故答案为：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；
（3）c、d两极上产生的气体体积相同，c电极上发生的电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu；2H⁺+2e^-=H₂↑，d电极上发生的电极反应为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
设生成的氧气为xmol，则氢气也为xmol，生成的Cu为0.1L×1mol/L=0.1mol，由得失电子可得：2x+0.1×2=4x，解得x=0.1mol，
则电解时生成0.1mol氢气、0.1mol氧气和0.1molCu，若要恢复到原来的状态，需要加入0.1molCu（OH）₂；
故答案为：Cu（OH）₂；0.1mol；
（4）20min后将乙装置与其他装置断开，然后在c、d两极间连上灵敏电流计，发现电流计指针偏转，说明形成了原电池反应，氢气在c极失电子，c为负极，氧气在d极得电子，正极的反应为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
故答案为：负；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（5）d极生成0.1mol氧气，转移0.4mol电子，丁装置中含有0.2molNaCl，阳极分别发生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑，则阳极上先生成0.1mol氯气，再生成0.05mol氧气，阴极生成0.2mol氢气，共生成0.35mol气体，故答案为：0.35．

点评 本题考查了原电池和电解池原理在计算中的应用等，正确判断原电池正负极和电解池的阴阳极、以及电极方程式的书写方法是解本题关键，根据离子放电顺序确定阴阳极电极反应，并结合得失电子守恒解答，难度中等．