Question

9．鉛蓄電池是最常見的二次（可充型）電池，它的兩極分別是覆蓋Pb和PbO₂的惰性極板，電解質(zhì)是一定濃度的硫酸溶液．電池總反應(yīng)式為：Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-  $?_{充電}^{放電}$ 2PbSO₄+2H₂O
請回答下列問題（不考慮氫、氧的氧化還原）：
（1）該電池放電時：正極的電極反應(yīng)式是PbO₂+2e^-+4H⁺+2SO₄^2-═PbSO₄+2H₂O；電解質(zhì)溶液中H₂SO₄的濃度將變小（填“變大”、“變小”或“不變”）；當(dāng)外電路通過1mol電子時，理論上負(fù)極極板的質(zhì)量增加48 g．
（2）在完全放電耗盡A極上PbO₂和B極上Pb后，若按圖1連接，電解一段時間后，則在A電極上生成Pb、B電極上生成PbO₂．若將外電源再換成一個小燈泡，小燈泡發(fā)光，此時鉛蓄電池的負(fù)極是A（選填“A”或“B”）．
（3）某興趣小組設(shè)計如下微型實驗裝置圖2．

據(jù)此回答下列問題：
①當(dāng)斷開K₁，閉合K₂時，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電流從石墨極流向銅極（選填“石墨”或“銅”），石墨電極上的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
②當(dāng)斷開K₂，閉合K₁時，兩極均有氣泡產(chǎn)生，則石墨電極上的電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑．反應(yīng)一段時間后銅電極附近溶液顯紅色．
（4）微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置．某微生物燃料電池的工作原理如圖3所示：
①HS^-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO₄^2-的反應(yīng)式是HS^-+4H₂O-8e^-=SO₄^2-+9H⁺．
②b極是燃料電池的正極（選填填“正”或“負(fù)”），其電極反應(yīng)式為4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）電池總反應(yīng)式為：Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-  $?_{充電}^{放電}$ 2PbSO₄+2H₂O，寫出電極反應(yīng)為：負(fù)極電解反應(yīng)：Pb-2e^-+SO₄^2-═PbSO₄ ，正極電極反應(yīng)：PbO₂+2e^-+4H⁺+2SO₄^2-═PbSO₄+2H₂O，依據(jù)電解反應(yīng)和電池原理分析判斷；
（2）裝置中是電解裝置，電極上是析出的硫酸鉛，所以是鉛蓄電池的充電過程，依據(jù)電解原理分析；若將外電源再換成一個小燈泡，小燈泡發(fā)光，則為原電池裝置，A極失電子為負(fù)極；
（3）①斷開K₁，閉合K₂時，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)，證明是原電池反應(yīng)，銅做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，石墨做原電池正極氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電流由正極流向負(fù)極；
②斷開K₂，閉合K₁時，是電解池裝置，兩極均有氣泡產(chǎn)生，兩極均有氣泡產(chǎn)生，說明兩極產(chǎn)生的氣體分別是氫氣和氯氣，因此活潑金屬Cu不能做陽極，Cu做陰極，石墨做陽極，陽極上（石墨電極上）氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上（Cu電極上）氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，依據(jù)水的電離平衡，氫氧根離子濃度增大酚酞變紅；
（4）由圖可知硫酸鹽還原菌可以將有機物氧化成二氧化碳，而硫氧化菌可以將硫氫根離子氧化成硫酸根離子，所以兩種細(xì)菌存在，就會循環(huán)把有機物氧化成CO₂ 放出電子，負(fù)極上HS^-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是HS^-+4H₂O-8e^-=SO₄^2-+9H⁺；正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)：4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O，根據(jù)原電池的構(gòu)成和工作原理知識來回答．

解答 解：（1）電池總反應(yīng)式為：Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-  $?_{充電}^{放電}$ 2PbSO₄+2H₂O，放電時：負(fù)極是失電子的氧化反應(yīng)：Pb-2e^-+SO₄^2-═PbSO₄ ，正極電極反應(yīng)：PbO₂+2e^-+4H⁺+2SO₄^2-═PbSO₄+2H₂O，電解液中H₂SO₄的濃度將減少；當(dāng)外電路通過1mol電子時，依據(jù)電子守恒計算理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加0.5mol×303g/mol-0.5mol×207g/mol=48g，故答案為：PbO₂+2e^-+4H⁺+2SO₄^2-═PbSO₄+2H₂O；變��；48；
（2）在完全放電耗盡PbO₂和Pb時，電極上析出的是PbSO₄，若按題右圖連接B為陽極應(yīng)是失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，A為陰極是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，實質(zhì)是電解反應(yīng)，B電極上發(fā)生反應(yīng)為：PbSO₄+2H₂O-2e^-═PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-，A電極發(fā)生反應(yīng)為：PbSO₄+2e^-═Pb+SO₄^2-，所以A電極上生成Pb，B電極上生成PbO₂，若將外電源再換成一個小燈泡，小燈泡發(fā)光，則為原電池裝置，A極失電子為負(fù)極；
故答案為：Pb；PbO₂；A；
（3）①斷開K₁，閉合K₂時，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)，證明是原電池反應(yīng)，銅做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，石墨做原電池正極氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，電流由正極石墨流向負(fù)極銅；故答案為：石墨；銅；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
②斷開K₂，閉合K₁時，是電解池裝置，兩極均有氣泡產(chǎn)生，兩極均有氣泡產(chǎn)生，說明兩極產(chǎn)生的氣體分別是氫氣和氯氣，因此活潑金屬Cu不能做陽極，Cu做陰極，石墨做陽極，陽極上（石墨電極上）氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極上（Cu電極上）氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，依據(jù)水的電離平衡，氫氧根離子濃度增大酚酞變紅，所以反應(yīng)一段時間后銅電極附近溶液顯紅色；故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；紅；
（4）①負(fù)極上HS^-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是HS^-+4H₂O-8e^-=SO₄^2-+9H⁺，故答案為：HS^-+4H₂O-8e^-=SO₄^2-+9H⁺；
②b是電池的正極，反應(yīng)式為4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O；故答案為：正；4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O．

點評 本題考查了原電池和電解池的工作原理，難度中等，注意知識的遷移應(yīng)用以及電極的判斷、反應(yīng)式的書寫等是解題的關(guān)鍵．