Question

11．蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置．有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是：
NiO₂+Fe+2H₂O$?_{充电}^{放电}$Fe（OH）₂+Ni（OH）₂．
（1）若此蓄电池放电时，该电池某一电极发生还原反应的物质是A（填序号）．
A．NiO₂B．FeC．Fe（OH）₂D．Ni（OH）₂
（2）该电池放电时，正极附近溶液的pH增大（填增大、减小、不变）．
（3）充电时该电池阳极的电极反应式Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O．
（4）用此蓄电池分别电解以下两种溶液，假如电路中转移了0.02mole^-，且电解池的电极均为惰性电极，试回答下列问题．
①电解M（NO₃）_x溶液时某一电极增加了ag M，则金属M的相对原子质量为50ax（用含“a、x”的表达式表示）．
②电解含有0.01mol CuSO₄和0.01mol NaCl的混合溶液100mL，阳极产生的气体在标准状况下的体积是168mL；将电解后的溶液加水稀释至1L，此时溶液的pH=2．

Answer 1

分析 （1）依据电池反应分析，充电为电解池，放电为原电池；放电过程中原电池的负极上失电子发生氧化反应，正极上发生还原反应；
（2）放电时的电极反应是：负极：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂；
（3）放电时正极发生还原反应，正极反应式为：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，充电时该电极发生氧化反应，是该电极反应的逆反应；
（4）①由电子守恒可知，电解M（NO₃）_x溶液时，某一极增加了agM，2M～2xe^-～xH₂O；
②由离子放电顺序可知，电解含有0.01molCuSO₄和0.01molNaCl的混合溶液100ml，阳极上氯离子和氢氧根离子放电生成氯气和氧气，2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极上铜离子得电子，以此计算．

解答 解：（1）根据原电池在放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再根据元素化合价变化，可判断该电池负极发生反应的物质为Fe被氧化发生氧化反应，正极为NiO₂，被还原发生还原反应，此电池为碱性电池，在书写电极反应和总电池反应方程式时不能出现H⁺，故放电时的电极反应是：负极：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂，正极：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，
故答案为：A；
（2）放电时的电极反应是：负极：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂，正极反应式：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，所以pH增大，故答案为：增大；
（3）放电时正极发生还原反应，正极反应式为：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，充电时该电极发生氧化反应，是该电极反应的逆反应，电极反应式为：Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O，故答案为：Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O；
（4）①由电子守恒可知，电解M（NO₃）_x溶液时，某一极增加了agM，2M～2xe^-～xH₂O，则设M的相对原子质量为y，
2M～2xe^-～xH₂O
2y       2 x
a         0.02mol
解得y=50ax，故答案为：50ax；
②电解含有0.01mol CuSO₄和0.01molNaCl的混合溶液100mL，电路中转移了0.02mol e^-，
阳极：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
       0.01mol  0.01mol   0.005mol
  4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
0.01mol 0.01mol           0.0025mol
阴极：Cu²⁺+2e^-=Cu 
   0.01mol    0.02mol
所以阳极上生成的气体在标准状况下的体积=（0.005mol+0.0025mol）×22.4L/mol=0.168L=168mL；
阳极氢氧根离子减少0.01mol，则溶液中氢离子增加0.01mol，将电解后的溶液加水稀释至1L，溶液中氢离子浓度=$\frac{0.01mol}{1L}$=0.01mol/L，溶液pH=2；
故答案为：168mL；2．

点评 本题以原电池为载体考查了化学电源新型电池，原电池的工作原理为依据，判断该电池的正负极及电极反应式．要学会从教材中找出知识点原型进行知识迁移、解决问题的方法，题目难度中等．