Question

6．大力发展电动汽车，可以有效控制空气污染．目前机动车常使用的电池有铅蓄电池、锂电池等．
Ⅰ．铅蓄电池充放电的总反应为：PbO₂+Pb+2H₂SO₄?_充电^放电2PbSO₄+2H₂O，锂硫电池充放电的总反应为：2Li+S$?_{放电}^{充电}$Li₂S．
（1）放电时，铅蓄电池的负极反应式为Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄．
（2）锂硫电池工作时，电子经外电路流向正极（填“正极”或“负极”）．
（3）当消耗相同质量的负极活性物质时，锂硫电池的理论放电量是铅蓄电池的4.5倍．
Ⅱ．由方铅矿（PbS）制备铅蓄电池电极材料（PbO₂）的方法如下：
（1）油画所用的白色颜料PbSO₄置于空气中，遇H₂S气体变成黑色PbS，从而使油画的色彩变暗，用H₂O₂清洗，可使油画“复原”．
①H₂O₂的作用是氧化剂．
②已知硫化铅溶于水时存在溶解平衡：PbS（s）?Pb²⁺（aq）+S^2-（aq），试分析PbS（s）能溶于稀HNO₃的原因硝酸氧化硫离子导致硫离子的浓度减小，使溶解平衡正向移动，促进PbS的溶解．
（2）滤液X是一种可循环使用的物质，其溶质主要是HNO₃（填化学式），若X中残留的SO₄^2-过多，循环使用时可能出现的问题是浸出时部分铅离子生成硫酸铅随浸出渣排出，降低硫酸铅的产率．
（3）①PbO与次氯酸钠溶液反应可制得PbO₂，写出该反应的离子方程式PbO+ClO^-=PbO₂+Cl^-．
②以石墨为电极，电解Pb（NO₃）₂溶液也可以制得PbO₂，则阳极的电极反应式为Pb²⁺+2H₂O-2e^-=PbO₂↓+4H⁺；电解时为提高Pb元素的利用率，常在Pb（NO₃）₂溶液中加入适量Cu（NO₃）₂，理由是加入硫酸铜，铜离子在阴极放电生成单质铜，避免了铅离子在阴极放电，增大铅离子的利用率．

Answer 1

分析 （1）放电时，铅蓄电池的负极发生氧化反应，而铅离子与溶液中的硫酸根离子生成难溶的硫酸铅，电极反应式为：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；
（2）原电池工作时电子由负极流向正极；
（3）铅蓄电池中铅是负极，207g铅消耗时转移 2mol e^-，故钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的$\frac{207}{46}$=4.5 倍；
Ⅱ．（1）①过氧化氢将黑色PbS氧化成白色的硫酸铅，所以过氧化氢是氧化剂；
②已知硫化铅溶于水时存在溶解平衡：PbS（s）?Pb²⁺（aq）+S^2-（aq），电离产生的硫离子具有还原性，而硝酸具有强氧化性，发生氧化还原反应，导致硫离子的浓度减少，固平衡正向移动；
（2）硝酸铅与硫酸发生复分解反应生成难溶硫酸铅，和硝酸；残留的SO₄^2-过多，会与溶液中的铅离子结合成难溶的硫酸铅，导致铅的流失，减少了二氧化铅的产量；
（3）①PbO和次氯酸钠反应生成二氧化铅和氯化钠；②电解时，阳极上铅离子失电子和水反应生成二氧化铅；加入硫酸铜，铜离子在阴极放电生成单质铜，避免了铅离子放电，从而大大提高铅离子的利用率．

解答 解：（1）放电时，铅蓄电池的负极发生氧化反应，而铅离子与溶液中的硫酸根离子生成难溶的硫酸铅，电极反应式为：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，故答案为：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；
（2）原电池工作时电子由负极流向正极，故答案为：正极；
（3）铅蓄电池中铅是负极，207g铅消耗时转移 2mol e^-，故钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的：$\frac{207}{46}$=4.5 倍，故答案为：4.5；
Ⅱ．（1）①过氧化氢将黑色PbS氧化成白色的硫酸铅，所以过氧化氢是氧化剂，故答案为：氧化剂；
②已知硫化铅溶于水时存在溶解平衡：PbS（s）?Pb²⁺（aq）+S^2-（aq），电离产生的硫离子具有还原性，而硝酸具有强氧化性，发生氧化还原反应，导致硫离子的浓度减少，固平衡正向移动，故答案为：硝酸氧化硫离子导致硫离子的浓度减小，使溶解平衡正向移动，促进PbS的溶解；
（2）硝酸铅与硫酸发生复分解反应生成难溶硫酸铅，和硝酸；残留的SO₄^2-过多，会与溶液中的铅离子结合成难溶的硫酸铅，导致铅的流失，减少了二氧化铅的产量，故答案为：HNO₃；浸出时部分铅离子生成硫酸铅随浸出渣排出，降低硫酸铅的产率；
（3）①PbO和次氯酸钠反应生成二氧化铅和氯化钠，离子方程式为PbO+ClO^-=PbO₂+Cl^-；②电解时，阳极上铅离子失电子和水反应生成二氧化铅，电极反应式为Pb²⁺+2H₂O-2e^-=PbO₂↓+4H⁺；加入硫酸铜，铜离子在阴极放电生成单质铜，避免了铅离子放电，从而大大提高铅离子的利用率，
故答案为：PbO+ClO^-=PbO₂+Cl^-；Pb²⁺+2H₂O-2e^-=PbO₂↓+4H⁺，加入硫酸铜，铜离子在阴极放电生成单质铜，避免了铅离子在阴极放电，增大铅离子的利用率．

点评 本题考查电化学的相关知识，涉及物质的量的有关计算、离子反应、电解原理等知识点，注意（3）中阳极、阴极电极反应式的书写，为易错点．