Question

15．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為PbO₂和Pb．閉合K，發(fā)現(xiàn)g 電極附近的溶液先變紅，20 min后，將K斷開，此時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同．據(jù)此回答：

（1 ）a電極的電極材料是PbO₂（填“Pb0₂”或“Pb”）．
（2）丙裝置中發(fā)生電解的總反應(yīng)方程式為2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
（3）電解20 min后，停止電解，此時要使乙中溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài)，需要加人的物質(zhì)及其物質(zhì)的量是0.1molCu（OH）₂
（4）20 min后將乙裝置與其他裝置斷開，然后在c、d兩 極間連接上靈敏電流計，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉(zhuǎn)，則此
時c電極為負(fù)極，d電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O
   （5）電解后冷卻至常溫，取amL丁裝置中的溶液，向其中逐滴加人等物質(zhì)的量濃度的CH₃COOH溶液，當(dāng) 加入bmL CH₃COOH溶液時，混合溶液的pH恰好 等于7（體積變化忽略不計）．已知CH₃COOH的電
離平衡常數(shù)為1.75×10^-5，則$\frac{a}$=$\frac{175}{176}$．

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}$2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是電解池，閉合K，發(fā)現(xiàn)G電極附近的溶液變紅，說明G電極是電解池的陰極，H是電解池的陽極；所以a為正極，b為負(fù)極；c電極為陰極，d為陽極；e電極為陰極，f為陽極；20min后，將K斷開，此時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，
（1）依據(jù)分析判斷電極名稱；
（2）丙中電解水；
（3）時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，c電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu；2H⁺+2e^-=H₂↑，d電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，根據(jù)電子守恒計算生成的Cu、氫氣和氧氣的物質(zhì)的量；
（4）20min后將乙裝置與其他裝置斷開，然后在c、d兩極間連上靈敏電流計，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉(zhuǎn)，說明形成了原電池反應(yīng)，氫氣在c極失電子，氧氣在d極得電子；
（5）電解后丁裝置中的溶液為氫氧化鈉，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計算生成NaOH的濃度，加醋酸生成醋酸鈉溶液，結(jié)合Ka=$\frac{[C{H}_{3}CO{O}^{-}]•[{H}^{+}]}{[C{H}_{3}COOH]}$計算．

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}$2PbSO₄+2H₂O；乙丙丁是電解池，閉合K，發(fā)現(xiàn)G電極附近的溶液變紅，說明G電極是電解池的陰極，H是電解池的陽極；所以a為正極，b為負(fù)極；c電極為陰極，d為陽極；e電極為陰極，f為陽極；20min后，將K斷開，此時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，
（1）a電極是鉛蓄電池的正極，正極的電極材料是PbO₂；
故答案為：PbO₂；
（2）丙中電解硫酸鋁，其實際上是電解水，其電解方程式為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；
故答案為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；
（3）時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，c電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu；2H⁺+2e^-=H₂↑，d電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
設(shè)生成的氧氣為xmol，則氫氣也為xmol，生成的Cu為0.1L×1mol/L=0.1mol，由得失電子可得：2x+0.1×2=4x，解得x=0.1mol，
則電解時生成0.1mol氫氣、0.1mol氧氣和0.1molCu，若要恢復(fù)到原來的狀態(tài)，需要加入0.1molCu（OH）₂；
故答案為：0.1molCu（OH）₂；
（4）20min后將乙裝置與其他裝置斷開，然后在c、d兩極間連上靈敏電流計，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉(zhuǎn)，說明形成了原電池反應(yīng)，氫氣在c極失電子，c為負(fù)極，氧氣在d極得電子，正極的反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
故答案為：負(fù)；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（5）電解后丁裝置中的溶液為氫氧化鈉，乙中電解生成0.1mol氧氣，轉(zhuǎn)移電子為0.4mol，則氯化鈉被全部電解，則生成的氫氧化鈉為0.2mol，其濃度2mol/L，加醋酸后溶液的pH恰好等于7，則c（H⁺）=c（OH^-），由電荷守恒可知c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=$\frac{2mol/L×a×1{0}^{-3}L}{（a+b）×1{0}^{-3}L}$=$\frac{2a}{a+b}$mol/L，
c（CH₃COOH）=$\frac{2mol/L×b×1{0}^{-3}L}{（a+b）×1{0}^{-3}L}$-c（CH₃COO^-）=$\frac{2（b-a）}{a+b}$mol/L，Ka=$\frac{[C{H}_{3}CO{O}^{-}]•[{H}^{+}]}{[C{H}_{3}COOH]}$=$\frac{\frac{2a}{a+b}×1{0}^{-7}}{\frac{2（b-a）}{a+b}}$=1.75×10^-5，解得$\frac{a}$=$\frac{175}{176}$；
故答案為：$\frac{175}{176}$．

點評 本題考查了原電池和電解池原理、電離常數(shù)在計算中的應(yīng)用等，正確判斷原電池正負(fù)極和電解池的陰陽極、以及電極方程式的書寫方法是解本題關(guān)鍵，根據(jù)離子放電順序確定陰陽極電極反應(yīng)，并結(jié)合得失電子守恒解答，難度中等．