Question

16．如圖所示的四個(gè)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(gè)電極的電極材料分別是PbO₂和Pb．閉合K，發(fā)現(xiàn)G電極附近的溶液變紅，20min后，將K斷開(kāi)，此時(shí)C、D兩極質(zhì)量差為10.8g；據(jù)此回答：

（1）若對(duì)甲裝置充電，充電時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)的方程式PbSO₄+2H₂O-2e-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-．
（2）電解后，要使丙中溶液恢復(fù)到原來(lái)的濃度，需加入的物質(zhì)是H₂O（填化學(xué)式）．
（3）到20min時(shí)，假設(shè)乙中溶液體積不變且H⁺均勻存在，則此時(shí)乙中pH=0．
（4）19～20min，H電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為：4OH-4e^-=2H₂O+O₂↑．
工業(yè)上從廢鉛酸電池的鉛膏回收鉛的過(guò)程中，可用碳酸鹽溶液與鉛膏（主要成分為PbSO₄）發(fā)生反應(yīng)：PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．K_sp（PbCO₃）=1.5×10^-13，K_sp （PbSO₄）=1.8×10^-8某課題組用PbSO₄為原料模擬該過(guò)程，探究上述反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件及固體產(chǎn)物的成分．
（5）計(jì)算上述反應(yīng)的平衡常數(shù)：K=1.2×10⁵．
（6）加入足量NaHCO₃溶液也可實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)化，寫(xiě)出離子方程式2HCO₃^-+PbSO₄=SO₄^2-+PbCO₃+H₂O+CO₂↑．

Answer 1

分析 甲池是原電池做電源，發(fā)生的反應(yīng)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(shuō)明G電極是電解池的陰極，H是電解池的陽(yáng)極；所以A為正極，B為負(fù)極；C電極為陰極，D為陽(yáng)極；E電極為陰極，F(xiàn)為陽(yáng)極；20min后，將K斷開(kāi)，此時(shí)C、D兩極質(zhì)量差為10.8g，
（1）若對(duì)甲裝置充電，充電時(shí)，陽(yáng)極上硫酸鉛失電子生成PbO₂；
（2）電解過(guò)程是電解水，要使丙硫酸鋁溶液恢復(fù)到原來(lái)的濃度，需加入的物質(zhì)是水；
（3）C極生成Ag質(zhì)量增大，D極生成氧氣，質(zhì)量不變，所以C、D兩極質(zhì)量差為10.8g，即是Ag的質(zhì)量，則Ag的物質(zhì)的量為0.1mol，根據(jù)電極方程式計(jì)算氫離子的物質(zhì)的量和濃度；
（4）H是電解池的陽(yáng)極，0～20min，依據(jù)電子守恒先反應(yīng)的是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑Cl^-物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)與電子轉(zhuǎn)移總數(shù)比較判斷離子放電的反應(yīng)；
（5）PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．依據(jù)平衡常數(shù)概念寫(xiě)出計(jì)算式；
（6）HCO₃^-可電離出CO₃^2-，與PbSO₄反應(yīng)生成PbCO₃．

解答 解：甲池是原電池做電源，發(fā)生的反應(yīng)為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充電}^{放電}$2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是電解池，閉合K，發(fā)現(xiàn)G電極附近的溶液變紅，說(shuō)明G電極是電解池的陰極，H是電解池的陽(yáng)極；所以A為正極，B為負(fù)極；C電極為陰極，D為陽(yáng)極；E電極為陰極，F(xiàn)為陽(yáng)極；20min后，將K斷開(kāi)，此時(shí)C、D兩極質(zhì)量差為10.8g，
C電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：Ag⁺+e^-=Ag，D電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
（1）A若對(duì)甲裝置充電，充電時(shí)，陽(yáng)極上硫酸鉛失電子生成PbO₂，其電極方程式為：PbSO₄+2H₂O-2e-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
故答案為：PbSO₄+2H₂O-2e-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
（2）電解過(guò)程是電解水，要使丙硫酸鋁溶液恢復(fù)到原來(lái)的濃度，需加入的物質(zhì)是水；故打?yàn)椋篐₂O；
（3）C極生成Ag質(zhì)量增大，D極生成氧氣，質(zhì)量不變，所以C、D兩極質(zhì)量差為10.8g，即是Ag的質(zhì)量，則Ag的物質(zhì)的量為0.1mol，電極方程式4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃，所以生成的氫離子為0.1mol，其濃度為1mol/L，所以溶液的pH=0；
故答案為：0；
（4）H是電解池的陽(yáng)極，0～20min，依據(jù)電子守恒先反應(yīng)的是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑Cl^-物質(zhì)的量為0.05mol，電路中電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為0.1mol，所以溶液中氫氧根離子在陽(yáng)極繼續(xù)放電，電極反應(yīng)為4OH-4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH-4e^-=2H₂O+O₂↑；
（5）平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{c（P^{2+}）c（S{{O}_{4}}^{3-}）}{c（P^{2+}）c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{1.8×1{0}^{-8}}{1.5×1{0}^{-13}}$=1.2×10⁵，故答案為：1.2×10⁵；
（6）HCO₃^-可電離出CO₃^2-，與PbSO₄反應(yīng)生成PbCO₃，反應(yīng)的離子方程式為2HCO₃^-+PbSO₄=SO₄^2-+PbCO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案為：2HCO₃^-+PbSO₄=SO₄^2-+PbCO₃+H₂O+CO₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池和電解池原理、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、離子方程式的書(shū)寫(xiě)，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，注意根據(jù)各個(gè)電極上發(fā)生的電極反應(yīng)分析解答，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)和平衡常數(shù)的計(jì)算．