Question

如圖所示的四個容器中分別盛有不同的溶液，除A、B外，其余電極均為石墨電極．甲為鉛蓄電池，其工作原理為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄

放電

充電

2PbSO₄+2H₂O，其兩個電極的電極材料分別是PbO₂和Pb．閉合K，發(fā)現G電極附近的溶液變紅，20min后，將K斷開，此時C、D兩極上產生的氣體體積相同；據此回答：

（1）在甲裝置中，A電極的電極材料是

 

（填“PbO₂”或“Pb”）．放電時，當有2mol H₂SO₄反應時，會有

 

mol電子從鉛電極流出；相應的電極方程式為

 

；充電時，陽極發(fā)生的電極反應的方程式

 

．
（2）電解后，要使丙中溶液恢復到原來的濃度，需加入的物質是

 

（填化學式）．
（3）到20min時，電路中通過電子的物質的量為

 

．
（4）0～20min，H電極上發(fā)生反應的電極反應式為：

 

；

 

．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

分析：甲池是原電池做電源，發(fā)生的反應為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄

放電

充電

2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是電解池，閉合K，發(fā)現G電極附近的溶液變紅，說明G電極是電解池的陰極，H是電解池的陽極；所以A為正極，B為負極；C電極為陰極，D為陽極；E電極為陰極，F為陽極；20min后，將K斷開，此時C、D兩極上產生的氣體體積相同，
C電極上發(fā)生的電極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu；2H⁺+2e^-=H₂↑
D電極上發(fā)生的電極反應為：4OH--4e^-=2H₂O+O₂↑
（1）依據分析判斷電極名稱；放電時，當有2mol H₂SO₄反應時，有1mol的鉛失去電子，電極反應是鉛失去電子變成硫酸鉛；充電時，陽極發(fā)生氧化反應，硫酸鉛失電子；
（2）電解過程是電解水，要使丙硫酸鋁溶液恢復到原來的濃度，需加入的物質是水；
（3）到20min時，電路中通過電子的物質的量可以依據電極反應中電子守恒計算得到；
（4）0～20min，H電極上發(fā)生反應的電極反應式為H是電解池的陽極，依據電子守恒先反應的是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑Cl^-物質的量為0.2mol，和電子轉移總數比較判斷離子放電的反應．

解答： 解：依據題干信息和圖示可知，甲池是原電池做電源，發(fā)生的反應為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄

放電

充電

2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是電解池，閉合K，發(fā)現G電極附近的溶液變紅，說明G電極是電解池的陰極，H是電解池的陽極；所以A為正極，B為負極；C電極為陰極，D為陽極；E電極為陰極，F為陽極；20min后，將K斷開，此時C、D兩極上產生的氣體體積相同，
C電極上發(fā)生的電極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu；2H⁺+2e^-=H₂↑
D電極上發(fā)生的電極反應為：4OH--4e^-=2H₂O+O₂↑
（1）A電極是鉛蓄電池的正極，正極的電極材料是PbO₂；放電時，當有2mol H₂SO₄反應時，有1mol的鉛失去電子，所以會有2mol的電子從鉛的表面流出，電極反應是鉛失去電子變成硫酸鉛，反應式為：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；充電時，陽極發(fā)生氧化反應，硫酸鉛失電子，反應式為：PbSO₄+2H₂O-2e-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
故答案為：PbO₂；2；Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；PbSO₄+2H₂O-2e-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-； 
（2）電解過程是電解水，要使丙硫酸鋁溶液恢復到原來的濃度，需加入的物質是水；故答案為：H₂O；
（3）20min后，將K斷開，此時C、D兩極上產生的氣體體積相同，溶液中銅離子物質的量為0.1mol，設生成氫氣物質的量為x，則氧氣物質的量為x，結合電極上電子守恒計算得到：
C電極上發(fā)生的電極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu；2H⁺+2e^-=H₂↑
D電極上發(fā)生的電極反應為：4OH--4e^-=2H₂O+O₂↑
4x=2x+0.1×2
x=0.1mol，所以電路中電子轉移總數為0.4mol，故答案為：0.4mol；
（4）0～20min，H電極上發(fā)生反應的電極反應式為H是電解池的陽極，依據電子守恒先反應的是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；Cl^-物質的量為0.2mol，轉移電子物質的量為0.2mol，溶液中電子轉移總數為0.4mol，所以溶液中氫氧根離子繼續(xù)放電，電極反應為：4OH-4e^-=2H₂O+O₂↑；故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；4OH-4e^-=2H₂O+O₂↑．

點評：本題考查了原電池電解池的原理應用，電池判斷的方法，電極名稱判斷，電極產物的分析計算，主要是電極反應中 存在電子守恒的應用．