Question

4．鉛及其化合物可用于蓄電池、耐酸設(shè)備及X射線防護(hù)材料等．回答下列問題：
（1）PbO₂與濃鹽酸共熱生成黃綠色氣體，反應(yīng)的化學(xué)方程式為PbO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）鉛蓄電池是典型的二次電池，它的正負(fù)極格板是惰性材料，電池總反應(yīng)式為：
①放電時(shí)：負(fù)極的電極反應(yīng)式是Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ；
②當(dāng)外電路通過2mol電子時(shí)，消耗硫酸2mol．
（3）PbO₂可以通過石墨為電極，Pb（NO₃）₂和Cu（NO₃）₂的混合溶液為電解液電解制�。�陽極析出的物質(zhì)是PbO₂，陰極上觀察到的現(xiàn)象是石墨電極底部有紅色物質(zhì)附著；若電解液中不加入Cu（NO₃）₂，陽極發(fā)生的電極反應(yīng)式為4OH^-+4e^-═O₂↑+2H₂O，這樣做的主要缺點(diǎn)是不能有效利用Pb²⁺．
（4）用鉛蓄電池產(chǎn)生的電量來電解2000mL飽和CuSO₄溶液（pH=5）（惰性電極），電解一段時(shí)間后測得溶液的pH=1，則鉛蓄電池的陽極材料質(zhì)量變化是6.4g，
（5）電解法制取PbO₂，我們可以選擇燃料電池做電能．乙醇堿性燃料電池工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，制取478g PbO₂時(shí)理論上需要乙醇15.3g．

Answer 1

分析 （1）PbO₂與濃鹽酸共熱生成黃綠色氣體，說明二者反應(yīng)生成氯氣，同時(shí)生成氯化鉛和水；
（2）根據(jù)電池反應(yīng)式知，負(fù)極電極反應(yīng)：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ，正極電極反應(yīng)：PbO₂+2e^-+4H⁺+2SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
（3）PbO₂可由PbO與次氯酸鈉溶液反應(yīng)制得，據(jù)此可知，PbO與ClO^-反應(yīng)得到PbO₂，同時(shí)生成Cl^-；陽極上Pb²⁺失去電子，得到PbO₂，需要水參與反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子，陰極上，Cu²⁺獲得電子生成Cu，附著在石墨電極上；若電解液中不加入Cu（NO₃）₂，陰極上Pb²⁺獲得電子生成Pb，Pb²⁺生成PbO₂的利用率降低；
（4）鉛蓄電池碳棒上已經(jīng)鍍有了銅，故陽極反應(yīng)是銅失去電子生成銅離子，Cu-2e^-=Cu²⁺，溶液中氫離子濃度為0.1mol/L，物質(zhì)的量為0.2mol，根據(jù)電極方程式為H₂O-4e^-=4H⁺+O^₂↑，轉(zhuǎn)移0.2mol電子，根據(jù)得失電子守恒計(jì)算；
（5）乙醇燃料電池負(fù)極為乙醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)計(jì)算．

解答 解：（1）PbO₂與濃鹽酸共熱生成黃綠色氣體，說明二者反應(yīng)生成氯氣，同時(shí)生成氯化鉛和水，反應(yīng)方程式為PbO₂+4HCl（濃）=PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：PbO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）根據(jù)反應(yīng)知，負(fù)極電極反應(yīng)為Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ，當(dāng)外電路通過2mol電子時(shí)，根據(jù)反應(yīng)PbO₂+2e^-+4H⁺+2SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O，消耗硫酸2mol，
故答案為：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ；2；
（3）PbO₂可由PbO與次氯酸鈉溶液反應(yīng)制得，據(jù)此可知，PbO與ClO^-反應(yīng)得到PbO₂，同時(shí)生成Cl^-，反應(yīng)離子方程式為：PbO+ClO^-=PbO₂+Cl^-；陽極上Pb²⁺失去電子，得到PbO₂，需要水參與反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子，電極反應(yīng)式為：Pb²⁺+2H₂O-2e^-=PbO₂↓+4H⁺，陰極上，Cu²⁺獲得電子生成Cu，附著在石墨電極上，即石墨電極底部有紅色物質(zhì)附著；若電解液中不加入Cu（NO₃）₂，陽極氫氧根離子放電生成氧氣，電極方程式為4OH^-+4e^-═O₂↑+2H₂O，陰極上Pb²⁺獲得電子生成Pb，Pb²⁺+2e^-=Pb↓，Pb²⁺的利用率降低，不能有效利用Pb²⁺，
故答案為：PbO₂；石墨電極底部有紅色物質(zhì)附著；4OH^-+4e^-═O₂↑+2H₂O；不能有效利用Pb²⁺；
（4）由上述分析，鉛蓄電池碳棒上已經(jīng)鍍有了銅，故陽極反應(yīng)是銅失去電子生成銅離子，Cu-2e^-=Cu²⁺，用鉛蓄電池產(chǎn)生的電量來電解2000mL飽和CuSO₄溶液（pH=5）（惰性電極），電解一段時(shí)間后測得溶液的pH=1，由于原來溶液中的氫離子濃度太小可忽略，電解過程中，溶液中氫離子濃度為0.1mol/L，物質(zhì)的量為0.2mol，根據(jù)電極方程式為H₂O-4e^-=4H⁺+O^₂↑，轉(zhuǎn)移0.2mol電子，由反應(yīng)Cu-2e^-=Cu²⁺，陽極質(zhì)量變化為6.4g，
故答案為：6.4；
（5）乙醇燃料電池負(fù)極為乙醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，根據(jù)PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺，制取478gPbO₂時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4mol，則消耗乙醇$\frac{1}{3}$mol，質(zhì)量為15.3g，
故答案為：C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；15.3．

點(diǎn)評 本題考查內(nèi)容涉及物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算、離子反應(yīng)、原電池與電解原理等知識點(diǎn)，（3）中電解液中不加入Cu（NO₃）₂時(shí)陰極反應(yīng)為易錯(cuò)點(diǎn)，掌握離子放電順序是關(guān)鍵，題目難度中等．