Question

16．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，此時C、D兩極質量差為10.8g；據(jù)此回答：

（1）若對甲裝置充電，充電時，陽極發(fā)生的電極反應的方程式PbSO₄+2H₂O-2e-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-．
（2）電解后，要使丙中溶液恢復到原來的濃度，需加入的物質是H₂O（填化學式）．
（3）到20min時，假設乙中溶液體積不變且H⁺均勻存在，則此時乙中pH=0．
（4）19～20min，H電極上發(fā)生反應的電極反應式為：4OH-4e^-=2H₂O+O₂↑．
工業(yè)上從廢鉛酸電池的鉛膏回收鉛的過程中，可用碳酸鹽溶液與鉛膏（主要成分為PbSO₄）發(fā)生反應：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為原料模擬該過程，探究上述反應的實驗條件及固體產(chǎn)物的成分．
（5）計算上述反應的平衡常數(shù)：K=1.2×10⁵．
（6）加入足量NaHCO₃溶液也可實現(xiàn)該轉化，寫出離子方程式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(xiàn)為陽極；20min后，將K斷開，此時C、D兩極質量差為10.8g，
（1）若對甲裝置充電，充電時，陽極上硫酸鉛失電子生成PbO₂；
（2）電解過程是電解水，要使丙硫酸鋁溶液恢復到原來的濃度，需加入的物質是水；
（3）C極生成Ag質量增大，D極生成氧氣，質量不變，所以C、D兩極質量差為10.8g，即是Ag的質量，則Ag的物質的量為0.1mol，根據(jù)電極方程式計算氫離子的物質的量和濃度；
（4）H是電解池的陽極，0～20min，依據(jù)電子守恒先反應的是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑Cl^-物質的量為0.05mol，根據(jù)與電子轉移總數(shù)比較判斷離子放電的反應；
（5）PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出計算式；
（6）HCO₃^-可電離出CO₃^2-，與PbSO₄反應生成PbCO₃．

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}$2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是電解池，閉合K，發(fā)現(xiàn)G電極附近的溶液變紅，說明G電極是電解池的陰極，H是電解池的陽極；所以A為正極，B為負極；C電極為陰極，D為陽極；E電極為陰極，F(xiàn)為陽極；20min后，將K斷開，此時C、D兩極質量差為10.8g，
C電極上發(fā)生的電極反應為：Ag⁺+e^-=Ag，D電極上發(fā)生的電極反應為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
（1）A若對甲裝置充電，充電時，陽極上硫酸鉛失電子生成PbO₂，其電極方程式為：PbSO₄+2H₂O-2e-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
故答案為：PbSO₄+2H₂O-2e-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
（2）電解過程是電解水，要使丙硫酸鋁溶液恢復到原來的濃度，需加入的物質是水；故打為：H₂O；
（3）C極生成Ag質量增大，D極生成氧氣，質量不變，所以C、D兩極質量差為10.8g，即是Ag的質量，則Ag的物質的量為0.1mol，電極方程式4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃，所以生成的氫離子為0.1mol，其濃度為1mol/L，所以溶液的pH=0；
故答案為：0；
（4）H是電解池的陽極，0～20min，依據(jù)電子守恒先反應的是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑Cl^-物質的量為0.05mol，電路中電子轉移總數(shù)為0.1mol，所以溶液中氫氧根離子在陽極繼續(xù)放電，電極反應為4OH-4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH-4e^-=2H₂O+O₂↑；
（5）平衡常數(shù)K=$\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反應生成PbCO₃，反應的離子方程式為2HCO₃^-+PbSO₄=SO₄^2-+PbCO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案為：2HCO₃^-+PbSO₄=SO₄^2-+PbCO₃+H₂O+CO₂↑．

點評 本題考查了原電池和電解池原理、化學平衡常數(shù)的計算、離子方程式的書寫，側重于考查學生的分析能力和對基礎知識的綜合應用能力，注意根據(jù)各個電極上發(fā)生的電極反應分析解答，難點是電極反應式的書寫和平衡常數(shù)的計算．