Question

16．實驗室用鉛蓄電池作電源電解500ml飽和食鹽水制取氯氣，已知鉛蓄電池放電時發(fā)生如下反應(yīng)：Pb+PbO₂+H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O
①寫出鉛蓄電池放電時的電極方程式？
②今若制得Cl₂ 0.050mol，這時電池內(nèi)消耗的H₂SO₄的物質(zhì)的量至少是多少？電解后所得溶液的物質(zhì)的量濃度為？
③若用此電池以鉑為電極電解500ml，1mol/L的硫酸銅溶液．電解一段時間后，測得陰極增重16g．則此時在陽極上一共產(chǎn)生了多少體積氣體（標準狀況）？電解后的電解質(zhì)溶液的PH是多少（室溫下）？

Answer 1

分析 ①鉛蓄電池中，負極是鉛，負極上鉛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上二氧化鉛得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②根據(jù)電解過程中電荷守恒找出氯氣和硫酸的關(guān)系式，根據(jù)氯氣計算硫酸的消耗量；根據(jù)電解方程式計算生成的氫氧化鈉的物質(zhì)的量，再計算濃度；
③以惰性電極電解500ml，1mol/L的CuSO₄溶液，陽極發(fā)生2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，陰極發(fā)生2Cu²⁺+4e^-═2Cu，以此來計算．

解答 解：①鉛蓄電池放電時，鉛失電子和硫酸根離子反應(yīng)生成硫酸鉛，電極反應(yīng)式為，Pb+SO₄^2--2e^-═PbSO₄，
正極上二氧化鉛得電子和氫離子、硫酸根離子反應(yīng)生成硫酸鉛和水，電極反應(yīng)式為：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-═PbSO₄+2H₂O，
答：鉛蓄電池放電時的電極方程式：Pb+SO₄^2--2e^-═PbSO₄；PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-═PbSO₄+2H₂O；
②設(shè)生成0.050mol氯氣需轉(zhuǎn)移的電子為xmol．
2Cl^--2e^-=Cl₂↑
      2mol        1mol
        x         0.050mol
解得x=0.1mol，
設(shè)消耗硫酸的物質(zhì)的量為ymol，
放電時，鉛蓄電池的電池反應(yīng)式為：
PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O 轉(zhuǎn)移電子
                  2mol                              2mol
                  y mol                               0.1mol
y=0.1，所以消耗硫酸 0.1mol；
已知電解飽和食鹽水的方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，則生成的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為氯氣的2倍，其物質(zhì)的量0.1mol，所以c（NaOH）=$\frac{0.1mol}{0.5L}$=0.2mol/L；
答：電池內(nèi)消耗的H₂SO₄的物質(zhì)的量至少是0.1mol；電解后所得溶液的物質(zhì)的量濃度為0.2mol/L；
③以惰性電極電解500ml，1mol/L的CuSO₄溶液，陽極發(fā)生2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，陰極發(fā)生2Cu²⁺+4e^-═2Cu，
陰極增重16g，則n（Cu）=$\frac{16g}{64g/mol}$=0.25mol，根據(jù)電子守恒可知，生成的氧氣為$\frac{0.25mol×2}{4}$mol=0.125mol，其體積為0125mol×22.4L/mol=2.8L；
由陽極發(fā)生2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑可知，生成的氫離子的物質(zhì)的量為n（H⁺）=0.125mol×4=0.5mol，則c（H⁺）=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L，即pH=0；
答：在陽極上一共產(chǎn)生了2.8L氣體；電解后的電解質(zhì)溶液的pH是0．

點評 本題考查了電極反應(yīng)式的書寫、物質(zhì)的量的有關(guān)計算、電解原理的應(yīng)用以及計算溶液的PH，題目難度中等，注意電極反應(yīng)式的書寫以及電子守恒在計算中的應(yīng)用，側(cè)重于考查學生的分析能力和計算能力．