Question

5．认真观察下列装置，回答下列问题：

（1）装置B中PbO₂上发生的电极反应方程式为PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-═PbSO₄+2H₂O．
（2）装置A中总反应的离子方程式为Cu+2H⁺$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cu²⁺+H₂↑，装置D中总反应的化学方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，A、D两装置各电极析出物质的物质的量之比为（从左至右）1：1：1．
（3）若装置E中的目的是在Cu材料上镀银，则极板N的材料为Ag；若装置E的目的是验证金属的电化学防腐，则极板N的材料为惰性电极（或石墨等不溶性惰性材料）；若装置E的目的是用惰性电极电解AgNO₃溶液，则装置E中总反应的离子方程式为4Ag⁺+2H₂O═4Ag+O₂↑+4H⁺．
（4）当装置A中Cu电极质量改变6.4g时，装置D中产生的气体体积为3.92L（标况下）．

Answer 1

分析 （1）B和C装置形成原电池，铅作负极，二氧化铅作正极，正极上二氧化铅得电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅；
（2）A连接电源，则A是电解池，左边Pt作阴极，右边Cu作阳极，阳极上Cu放电，阴极上氢离子放电；装置D中电池反应式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，A、D两装置各电极析出物质的物质分别为氢气、氢气和氯气；
（3）电镀时，镀层作阳极，镀件作阴极，电解质溶液中阳离子和镀层金属相同；若装置E的目的是验证金属的电化学防腐，阳极用惰性电极；阳极上是氢氧根离子失电子，阴极上是银离子得电子，电解总反应离子方程式为：4Ag⁺+2H₂O═4Ag+O₂↑+4H⁺；
（4）根据转移电子守恒计算生成气体的体积．

解答 解：（1）B和C装置形成原电池，铅作负极，二氧化铅作正极，原电池放电时，正极上二氧化铅得电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅，发生还原反应，电极反应式为：PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-═PbSO₄+2H₂O，
故答案为：PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-═PbSO₄+2H₂O；
（2）A连接电源，则A是电解池，左边Pt作阴极，右边Cu作阳极，阳极上Cu放电，阴极上氢离子放电，装置A中总反应的离子方程式为Cu+2H⁺$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cu²⁺+H₂↑，装置D中电池反应式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，A、D两装置各电极析出物质分别为氢气、氢气和氯气，由得失电子守恒可知，物质的量之比为1：1：1，
故答案为：Cu+2H⁺$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cu²⁺+H₂↑；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；1：1：1；
（3）镀时，镀层作阳极，镀件作阴极，电解质溶液中阳离子和镀层金属相同，若装置D的目的是在某镀件上镀银，则X为硝酸银溶液，N作阳极，应该是银，若装置E的目的是验证金属的电化学防腐，则极板N的材料为惰性电极（或石墨等不溶性惰性材料），被保护的金属连接电源阴极，阳极上是氢氧根离子失电子，阴极上是银离子得电子，电解总反应离子方程式为：4Ag⁺+2H₂O═4Ag+O₂↑+4H⁺，
故答案为：Ag；惰性电极（或石墨等不溶性惰性材料）；4Ag⁺+2H₂O═4Ag+O₂↑+4H⁺；
（4）当装置A中Cu电极质量改变6.4g时，n（Cu）=0.1mol，则转移0.2mol电子，装置D中n（NaCl）=0.1mol，
阳极首先发生2Cl-2e^-=Cl₂↑、其次发生4OH-4e^-=2H₂O+O₂↑，则阳极首先生成0.05molCl₂，其次生成0.025molO₂，
阴极只发生2H⁺+2e^-=H₂↑，生成0.1molH₂，则总共生成0.175mol气体，体积为0.175mol×22.4L/mol=3.92L，
故答案为：3.92．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，明确离子放电顺序是解本题关键，难点是电极反应式的书写，难度中等．