Question

3．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$?_{充電}^{放電}$2PbSO₄+2H₂O，其兩個電極的電極材料分別為PbO₂和Pb．閉合K，發(fā)現(xiàn)g電極附近的溶液先變紅，20min后，將K斷開，此時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同；據(jù)此回答：

（1）a電極的電極材料是PbO₂（填“PbO₂”或“Pb”）．
（2）丙裝置中發(fā)生電解的總反應方程式為2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑．
（3）電解20min時，停止電解，此時要使乙中溶液恢復到原來的狀態(tài)，需要加入的物質(zhì)是Cu（OH）₂，其物質(zhì)的量是0.01mol
（4）20min后將乙裝置與其他裝置斷開，然后在c、d兩極間連接上靈敏電流計，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉，則此時c電極為負極，d電極上發(fā)生反應的電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
（5）電解后，丁裝置中兩電極共收集到0.35mol氣體．

Answer 1

分析 甲池是原電池做電源，發(fā)生的反應為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充電}^{放電}$2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是電解池，閉合K，發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生的氣體體積相同，
（1）依據(jù)分析判斷電極名稱；
（2）丙中電解水；
（3）c、d兩極上產(chǎn)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↑，根據(jù)電子守恒計算生成的Cu、氫氣和氧氣的物質(zhì)的量；
（4）20min后將乙裝置與其他裝置斷開，然后在c、d兩極間連上靈敏電流計，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉，說明形成了原電池反應，氫氣在c極失電子，氧氣在d極得電子；
（5）d極生成0.1mol氧氣，轉移0.4mol電子，丁裝置中含有0.2molNaCl，陽極分別發(fā)生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，結合電極方程式計算．

解答 解：甲池是原電池做電源，發(fā)生的反應為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充電}^{放電}$2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是電解池，閉合K，發(fā)現(xiàn)G電極附近的溶液變紅，說明G電極是電解池的陰極，H是電解池的陽極；所以a為正極，b為負極；c電極為陰極，d為陽極；e電極為陰極，f為陽極；20min后，將K斷開，此時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，
（1）a電極是鉛蓄電池的正極，正極的電極材料是PbO₂；
故答案為：PbO₂；
（2）丙中電解硫酸鋁，其實際上是電解水，其電解方程式為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；
故答案為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；
（3）c、d兩極上產(chǎn)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↑，
設生成的氧氣為xmol，則氫氣也為xmol，生成的Cu為0.1L×1mol/L=0.1mol，由得失電子可得：2x+0.1×2=4x，解得x=0.1mol，
則電解時生成0.1mol氫氣、0.1mol氧氣和0.1molCu，若要恢復到原來的狀態(tài)，需要加入0.1molCu（OH）₂；
故答案為：Cu（OH）₂；0.1mol；
（4）20min后將乙裝置與其他裝置斷開，然后在c、d兩極間連上靈敏電流計，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉，說明形成了原電池反應，氫氣在c極失電子，c為負極，氧氣在d極得電子，正極的反應為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
故答案為：負；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（5）d極生成0.1mol氧氣，轉移0.4mol電子，丁裝置中含有0.2molNaCl，陽極分別發(fā)生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，則陽極上先生成0.1mol氯氣，再生成0.05mol氧氣，陰極生成0.2mol氫氣，共生成0.35mol氣體，故答案為：0.35．

點評 本題考查了原電池和電解池原理在計算中的應用等，正確判斷原電池正負極和電解池的陰陽極、以及電極方程式的書寫方法是解本題關鍵，根據(jù)離子放電順序確定陰陽極電極反應，并結合得失電子守恒解答，難度中等．