Question

3．已知鉛蓄電池的工作原理為Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充電}^{放電}$2PbSO₄+2H₂O，現(xiàn)用如圖裝置進(jìn)行電解（電解液足量），測(cè)得當(dāng)鉛蓄電池中轉(zhuǎn)移0.4mol電子時(shí)鐵電極的質(zhì)量減少11.2g．請(qǐng)回答 下列問(wèn)題．
（1）A是鉛蓄電池的負(fù)極，鉛蓄電池正極反應(yīng)式為PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-═PbSO₄+2H₂O，放電過(guò)程中電解液的密度減小（填“減小”、“增大”或“不變”）．
（2）Ag電極的電極產(chǎn)物共0.4g，Cu電極的電極反應(yīng)式是Cu-2e^-=Cu²⁺，CuSO₄溶液的濃度不變 （填“減小”、“增大”或“不變”）
（3）把物質(zhì)的量均為0.1mol的AlCl₃、CuCl₂和H₂SO₄溶于水制成100mL的混合溶液，用石墨作電極電解，并收集兩電極所產(chǎn)生的氣體，一段時(shí)間后在兩極收集到的氣體在相同條件下體積相同．則下列描述正確的是BD
A．陽(yáng)極得到的氣體中有0.35mol O₂
B．鋁元素以Al（OH）₃、Al³⁺的形式存在
C．陰極質(zhì)量增加3.2g
D．電路中共轉(zhuǎn)移0.9mol電子．

Answer 1

分析 （1）（2）當(dāng)鉛蓄電池中轉(zhuǎn)移0.4mol電子時(shí)鐵電極的質(zhì)量減小11.2g，說(shuō)明鐵作陽(yáng)極，銀作陰極，連接原電池負(fù)極（A）的電極作陰極，連接原電池正極（B）的電極作陽(yáng)極，原電池負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；故銀作陰極，電解稀硫酸時(shí)，陰極上氫離子放電生成氫氣；銅作陽(yáng)極，陽(yáng)極上銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上析出銅，所以該裝置是電鍍池，據(jù)此解答即可；
（3）AlCl₃、CuCl₂和H₂SO₄溶于水制成的混合溶液，用石墨做電極電解，則陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，陽(yáng)極上發(fā)生電極反應(yīng)：Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^-→O₂↑+2H₂O+4e^-，根據(jù)電子守恒和電極方程式進(jìn)行計(jì)算即可．

解答 解：（1）當(dāng)鉛蓄電池中轉(zhuǎn)移0.4mol電子時(shí)鐵電極的質(zhì)量減小11.2g，說(shuō)明鐵作陽(yáng)極，銀作陰極，陰極連接原電池負(fù)極，所以A是負(fù)極，B是正極，正極上二氧化鉛得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-═PbSO₄+2H₂O，依據(jù)電解方程式判斷，放電過(guò)程中電解液消耗，所以密度減小，
故答案為：負(fù)；PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-═PbSO₄+2H₂O；減�。�
（2）銀作陰極，電解稀硫酸時(shí)，陰極上氫離子放電生成氫氣，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-═H₂↑，生成氫氣的質(zhì)量=$\frac{0.4mol}{2}$×2g/mol=0.4g，Cu電極是陰極，其電極反應(yīng)式是Cu-2e^-=Cu²⁺，右池相當(dāng)于電鍍銅，CuSO₄溶液的濃度不變，故答案為：0.4；Cu-2e^-=Cu²⁺；不變；
（3）A、通過(guò)A的分析可知陽(yáng)極得到的氣體中有O₂，氧氣物質(zhì)的量為0.1mol，故A錯(cuò)誤；
B、根據(jù)A的分析計(jì)算，溶液中Cu²⁺，H⁺，Cl^-均消耗完，剩余的是0.1molAl³⁺，0.1molSO₄^2-，和0.1molOH^-（分析過(guò)程見(jiàn)選項(xiàng)A），所以最后溶液中剩余的是$\frac{1}{3}$Al（OH）₃和$\frac{2}{3}$的Al₂（SO₄）₃，即鋁元素僅以鋁離子和Al（OH）₃的形式存在，故B正確；
C、陰極上析出銅0.1mol，因此陰極質(zhì)量增加6.4g，故C錯(cuò)誤；
D、根據(jù)離子的放電順序可知，陽(yáng)極首先是氯離子放電，生成氯氣，然后是OH^-放電，生成氧氣；陰極首先是銅離子放電，析出銅，然后是氫離子放電生成氫氣．電極反應(yīng)式為：
陰極：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，
         0.1     0.2  0.1           0.2  0.1
陽(yáng)極：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^-→O₂↑+2H₂O+4e^-，
           0.5  0.5  0.25             0.1             0.4
可以得出，首先0.1molCu²⁺得0.2mol電子，后H₂SO₄中的0.2molH⁺得0.2mol電子，生成0.1molH₂，還剩余0.1mol電子是由水中的氫離子得，生成0.05mol的H₂，同時(shí)剩余0.1mol的OH^-，此時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)=0.5mol，陽(yáng)極的n（Cl₂）=0.25mol，陰極的n（H₂）=0.1mol+0.05mol=0.15mol，陰陽(yáng)兩極產(chǎn)生的氣體物質(zhì)的量不相等，因此會(huì)繼續(xù)電解水，陰極生成氫氣，陽(yáng)極生成氧氣，物質(zhì)的量比是2比1，設(shè)生成O₂x mol，則H₂2x mol，根據(jù)已知條件兩極收集到的氣體在相同條件下體積相同，故2x+0.15=x+0.25，得x=0.1mol，因此電解水過(guò)程轉(zhuǎn)移電子數(shù)=0.1mol×4=0.4mol，所以總共轉(zhuǎn)移0.5mol+0.4mol=0.9mol，故D正確；
故選BD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生電解池的工作原理知識(shí)，可以根據(jù)所學(xué)內(nèi)容來(lái)回答，難度較大．