Question

4．铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等．回答下列问题：
（1）PbO₂与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为PbO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）铅蓄电池是典型的二次电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：
①放电时：负极的电极反应式是Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ；
②当外电路通过2mol电子时，消耗硫酸2mol．
（3）PbO₂可以通过石墨为电极，Pb（NO₃）₂和Cu（NO₃）₂的混合溶液为电解液电解制取．阳极析出的物质是PbO₂，阴极上观察到的现象是石墨电极底部有红色物质附着；若电解液中不加入Cu（NO₃）₂，阳极发生的电极反应式为4OH^-+4e^-═O₂↑+2H₂O，这样做的主要缺点是不能有效利用Pb²⁺．
（4）用铅蓄电池产生的电量来电解2000mL饱和CuSO₄溶液（pH=5）（惰性电极），电解一段时间后测得溶液的pH=1，则铅蓄电池的阳极材料质量变化是6.4g，
（5）电解法制取PbO₂，我们可以选择燃料电池做电能．乙醇碱性燃料电池工作时负极的电极反应式为C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，制取478g PbO₂时理论上需要乙醇15.3g．

Answer 1

分析 （1）PbO₂与浓盐酸共热生成黄绿色气体，说明二者反应生成氯气，同时生成氯化铅和水；
（2）根据电池反应式知，负极电极反应：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ，正极电极反应：PbO₂+2e^-+4H⁺+2SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O，根据转移电子之间的关系式计算；
（3）PbO₂可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，据此可知，PbO与ClO^-反应得到PbO₂，同时生成Cl^-；阳极上Pb²⁺失去电子，得到PbO₂，需要水参与反应，同时生成氢离子，阴极上，Cu²⁺获得电子生成Cu，附着在石墨电极上；若电解液中不加入Cu（NO₃）₂，阴极上Pb²⁺获得电子生成Pb，Pb²⁺生成PbO₂的利用率降低；
（4）铅蓄电池碳棒上已经镀有了铜，故阳极反应是铜失去电子生成铜离子，Cu-2e^-=Cu²⁺，溶液中氢离子浓度为0.1mol/L，物质的量为0.2mol，根据电极方程式为H₂O-4e^-=4H⁺+O^₂↑，转移0.2mol电子，根据得失电子守恒计算；
（5）乙醇燃料电池负极为乙醇失去电子发生氧化反应，电极方程式为C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，根据转移的电子数计算．

解答 解：（1）PbO₂与浓盐酸共热生成黄绿色气体，说明二者反应生成氯气，同时生成氯化铅和水，反应方程式为PbO₂+4HCl（浓）=PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：PbO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）根据反应知，负极电极反应为Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ，当外电路通过2mol电子时，根据反应PbO₂+2e^-+4H⁺+2SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O，消耗硫酸2mol，
故答案为：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ；2；
（3）PbO₂可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，据此可知，PbO与ClO^-反应得到PbO₂，同时生成Cl^-，反应离子方程式为：PbO+ClO^-=PbO₂+Cl^-；阳极上Pb²⁺失去电子，得到PbO₂，需要水参与反应，同时生成氢离子，电极反应式为：Pb²⁺+2H₂O-2e^-=PbO₂↓+4H⁺，阴极上，Cu²⁺获得电子生成Cu，附着在石墨电极上，即石墨电极底部有红色物质附着；若电解液中不加入Cu（NO₃）₂，阳极氢氧根离子放电生成氧气，电极方程式为4OH^-+4e^-═O₂↑+2H₂O，阴极上Pb²⁺获得电子生成Pb，Pb²⁺+2e^-=Pb↓，Pb²⁺的利用率降低，不能有效利用Pb²⁺，
故答案为：PbO₂；石墨电极底部有红色物质附着；4OH^-+4e^-═O₂↑+2H₂O；不能有效利用Pb²⁺；
（4）由上述分析，铅蓄电池碳棒上已经镀有了铜，故阳极反应是铜失去电子生成铜离子，Cu-2e^-=Cu²⁺，用铅蓄电池产生的电量来电解2000mL饱和CuSO₄溶液（pH=5）（惰性电极），电解一段时间后测得溶液的pH=1，由于原来溶液中的氢离子浓度太小可忽略，电解过程中，溶液中氢离子浓度为0.1mol/L，物质的量为0.2mol，根据电极方程式为H₂O-4e^-=4H⁺+O^₂↑，转移0.2mol电子，由反应Cu-2e^-=Cu²⁺，阳极质量变化为6.4g，
故答案为：6.4；
（5）乙醇燃料电池负极为乙醇失去电子发生氧化反应，电极方程式为C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，根据PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺，制取478gPbO₂时转移电子的物质的量为4mol，则消耗乙醇$\frac{1}{3}$mol，质量为15.3g，
故答案为：C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；15.3．

点评 本题考查内容涉及物质的量的有关计算、离子反应、原电池与电解原理等知识点，（3）中电解液中不加入Cu（NO₃）₂时阴极反应为易错点，掌握离子放电顺序是关键，题目难度中等．