Question

16．实验室用铅蓄电池作电源电解500ml饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：Pb+PbO₂+H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O
①写出铅蓄电池放电时的电极方程式？
②今若制得Cl₂ 0.050mol，这时电池内消耗的H₂SO₄的物质的量至少是多少？电解后所得溶液的物质的量浓度为？
③若用此电池以铂为电极电解500ml，1mol/L的硫酸铜溶液．电解一段时间后，测得阴极增重16g．则此时在阳极上一共产生了多少体积气体（标准状况）？电解后的电解质溶液的PH是多少（室温下）？

Answer 1

分析 ①铅蓄电池中，负极是铅，负极上铅失电子发生氧化反应，正极上二氧化铅得电子发生还原反应；
②根据电解过程中电荷守恒找出氯气和硫酸的关系式，根据氯气计算硫酸的消耗量；根据电解方程式计算生成的氢氧化钠的物质的量，再计算浓度；
③以惰性电极电解500ml，1mol/L的CuSO₄溶液，阳极发生2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，阴极发生2Cu²⁺+4e^-═2Cu，以此来计算．

解答 解：①铅蓄电池放电时，铅失电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅，电极反应式为，Pb+SO₄^2--2e^-═PbSO₄，
正极上二氧化铅得电子和氢离子、硫酸根离子反应生成硫酸铅和水，电极反应式为：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-═PbSO₄+2H₂O，
答：铅蓄电池放电时的电极方程式：Pb+SO₄^2--2e^-═PbSO₄；PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-═PbSO₄+2H₂O；
②设生成0.050mol氯气需转移的电子为xmol．
2Cl^--2e^-=Cl₂↑
      2mol        1mol
        x         0.050mol
解得x=0.1mol，
设消耗硫酸的物质的量为ymol，
放电时，铅蓄电池的电池反应式为：
PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O 转移电子
                  2mol                              2mol
                  y mol                               0.1mol
y=0.1，所以消耗硫酸 0.1mol；
已知电解饱和食盐水的方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，则生成的氢氧化钠的物质的量为氯气的2倍，其物质的量0.1mol，所以c（NaOH）=$\frac{0.1mol}{0.5L}$=0.2mol/L；
答：电池内消耗的H₂SO₄的物质的量至少是0.1mol；电解后所得溶液的物质的量浓度为0.2mol/L；
③以惰性电极电解500ml，1mol/L的CuSO₄溶液，阳极发生2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，阴极发生2Cu²⁺+4e^-═2Cu，
阴极增重16g，则n（Cu）=$\frac{16g}{64g/mol}$=0.25mol，根据电子守恒可知，生成的氧气为$\frac{0.25mol×2}{4}$mol=0.125mol，其体积为0125mol×22.4L/mol=2.8L；
由阳极发生2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑可知，生成的氢离子的物质的量为n（H⁺）=0.125mol×4=0.5mol，则c（H⁺）=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L，即pH=0；
答：在阳极上一共产生了2.8L气体；电解后的电解质溶液的pH是0．

点评 本题考查了电极反应式的书写、物质的量的有关计算、电解原理的应用以及计算溶液的PH，题目难度中等，注意电极反应式的书写以及电子守恒在计算中的应用，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．