Question

5．已知：鉛蓄電池總的化學方程式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{放電}^{充電}$2H₂O+2PbSO₄；鎳鎘堿性充電電池在放電時，其正極反應為：2NiO（OH）+2H₂O+2e^-=2Ni（OH）₂+2OH^-
負極反應為：Cd+2OH^--2e^-=Cd（OH）₂
鉛蓄電池使用（放電）一段時間后，其內阻明顯增大，電壓卻幾乎不變，此時只有充電才能繼續(xù)使用．鎳鎘堿性充電電池使用（放電）到后期，當電壓明顯下降時，其內阻卻幾乎不變，此時充電后也能繼續(xù)使用．回答下列問題：
（1）鉛蓄電池在放電時的負極反應為Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄，其在充電時陽極反應為PbSO₄-2e^-+2H₂O=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺；
（2）鎳鎘堿性充電電池在充電時的總反應的化學方程式為Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂=Cd+2NiO（OH）+2H₂OCd（OH）₂+2Ni（OH）₂=Cd+2NiO（OH）+2H₂O；
（3）上述兩種電池使用一段時間后，一個內阻明顯增大，而另一個內阻卻幾乎不變的主要原因可能是鉛蓄電池中電解質H₂SO₄會不斷被消耗，故電阻增大，而鎳鎘電池中堿不會被消耗，電阻不會增大鉛蓄電池放電時離子濃度減小，而鎳鎘電池放電時離子濃度不變；
（4）如果鉛蓄電池在放電時回路中有2mol電子轉移時，消耗H₂SO₄2mol．

Answer 1

分析 （1）依據鉛蓄電池的總反應方程式中元素化合價變化判斷，負極失電子發(fā)生氧化反應；正極得到電子發(fā)生還原反應，負極Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；正極PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O，充電的陽極是正極的逆反應；
（2）依據放電時的電極反應，充電時是電解，原電池的正極接電源正極做陽極，原電池負極接電源負極，做電解池的陰極，綜合寫出電解反應；
（3）依據兩種電池的電極反應過程中離子濃度變化分析判斷；
（4）依據電極反應或電池反應中電子守恒計算得到．

解答 解：（1）鉛蓄電池總的化學方程式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄ $?_{充電}^{放電}$2H₂O+2PbSO₄；鉛失電子生成硫酸鉛，二氧化鉛得到電子發(fā)生還原反應生成硫酸鉛；負極電極反應為：Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄，正極電極反應為：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O，充電的陽極是正極的逆反應為PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄； PbSO₄-2e^-+2H₂O=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
（2）鎳鎘堿性充電電池在放電時，
正極反應為：2NiO（OH）+2H₂O+2e^-=2Ni（OH）₂+2OH^-，充電為陽極電極反應為：2Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=2NiO（OH）+2H₂O，
負極反應為：Cd+2OH^--2e^-=Cd（OH）₂，充電為陰極電極反應為：Cd（OH）₂+2e^-=Cd+2OH^-，
電子守恒合并得到：Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂=Cd+2NiO（OH）+2H₂O；
故答案為：Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂=Cd+2NiO（OH）+2H₂O；
（3）兩種電池使用一段時間后，一個內阻明顯增大，而另一個內阻卻幾乎不變，陽極電極反應分析說明，鉛蓄電池放電時離子濃度減小，而鎳鎘電池放電時離子濃度不變，
故答案：鉛蓄電池中電解質H₂SO₄會不斷被消耗，故電阻增大，而鎳鎘電池中堿不會被消耗，電阻不會增大；
（4）如果鉛蓄電池在放電時回路中有2mol電子轉移時，依據Pb+PbO₂+2H₂SO₄ $?_{充電}^{放電}$2H₂O+2PbSO₄，關系式為Pb～PbO₂～2H₂SO₄～2e^-，電子轉移為2mol，消耗硫酸為2mol，
故答案為：2mol．

點評 本題考查了原電池的原理應用和電解原理應用，電極反應、電極判斷、電池反應是解題關鍵，題目難度中等．