题目内容

【题目】如图中的a和b为氢镍可充电碱性电池的电极,该电池总反应式为2Ni(OH)2H2+2NiO(OH)。

(1)为了实现铜与稀硫酸反应,用Z通入氧气的同时,将开关K与Y相连即可。石墨电极的反应式为______________________________,总反应的化学方程式为________________________________________;

(2)不通入氧气,直接将K与X相连也能实现铜与稀硫酸反应。则氢镍碱性电池的负极为________(填“a”或“b”),电解槽内总反应的离子方程式为_____________________________________________;

(3)当给氢镍碱性电池充电时,该电池的阳极反应式为__________________,氢镍电池放电时,负极附近的pH会________(填“变大”、“不变”或“变小”);

(4)若将图中的稀硫酸换成CuSO4溶液,并且将氢镍碱性电池的电极反接,将K连接X,通电一段时间后,向所得溶液中加入0.2 mol碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]后,恰好恢复到原来的浓度和pH(不考虑CO2的溶解),则电解过程中转移电子的物质的量为____________。

【答案】O2+2H2O+4e-=4OH- 2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O a Cu+2H+Cu2++H2↑ OH-+Ni(OH)2-e-=NiO(OH)+H2O 变小 1.2 mol

【解析】

(1)石墨电极附近通氧气,则其为正极,发生O2在酸性条件下得电子的反应,总反应为Cu、O2、H2SO4发生氧化还原反应,生成CuSO4和H2O;

(2)不通入氧气,铜仍需失电子,则Cu电极为阳极,与它相连的电极为正极,则另一电极为负极。电解槽内总反应是Cu、H2SO4反应,生成CuSO4和H2;

(3) 氢镍碱性电池的总反应为2Ni(OH)2H2+2NiO(OH),充电时,该电池的阳极是Ni(OH)2在碱性条件下失电子,转化为NiO(OH)。氢镍电池放电时,负极是H2在碱性条件下失电子,消耗OH-生成水;

(4) Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O,则加入0.2 mol碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3],相当于加入0.4molCuO和0.2molH2O,也即相当于阴极生成0.4molCu和0.2molH2,阳极生成0.3molO2。由此可计算出电解过程中转移电子的物质的量。

(1)石墨电极附近通氧气,则其为正极,在此电极上,O2在酸性条件下得电子,发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-;电池中,负极反应为Cu-2e-=Cu2+,则总反应为2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O。答案为:O2+2H2O+4e-=4OH-;2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O;

(2)不通入氧气,铜仍需失电子,Cu电极为阳极,与它相连的电极b为正极,则另一电极a为负极;电解槽内总反应是Cu、H2SO4生成CuSO4和H2,则反应的离子方程式为Cu+2H+Cu2++H2↑。答案为:a;Cu+2H+Cu2++H2↑;

(3)氢镍碱性电池的总反应为2Ni(OH)2H2+2NiO(OH),充电时,该电池的阳极是Ni(OH)2在碱性条件下失电子,转化为NiO(OH),电极反应式为OH-+Ni(OH)2-e-=NiO(OH)+H2O。氢镍电池放电时,负极是H2-2e-+2OH-=2H2O,消耗OH-,从而使溶液的pH变小。答案为:OH-+Ni(OH)2-e-=NiO(OH)+H2O;变小;

(4) Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O,则加入0.2 mol碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3],相当于加入0.4molCuO和0.2molH2O,也即相当于阴极生成0.4molCu和0.2molH2,阳极生成0.3molO2,用O2计算,可求出电解过程中转移电子的物质的量为0.3mol×[0-(-2)]×2=1.2mol。

答案为:1.2 mol。

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