Question

【題目】下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+2H2SO42PbSO4+2H2O，其兩個電極的電極材料分別為PbO2和Pb。閉合K，發現g電極附近的溶液先變紅，20min后，將K斷開，此時c、d兩極上產生的氣體體積相同；據此回答：

（1）a電極的電極材料是 （填“PbO2”或“Pb”）。

（2）丙裝置中發生電解的總反應方程式為 。

（3）電解20min時，停止電解，此時要使乙中溶液恢復到原來的狀態，需要加入的物質及其物質的量是 。

（4）20min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，發現電流計指針偏轉，則此時c電極為 極，d電極上發生反應的電極反應式為 。

（5）電解后取a mL丁裝置中的溶液，向其中逐滴加入等物質的量濃度的CH3COOH溶液，當加入b mL 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的電離平衡常數為1.75×10-5，則a/b = 。

Answer 1

【答案】（1）PbO2，（2分）；（2）2H2O2H2↑+ O2↑（2分）；

（3）0.1molCu(OH)2或0.1molCuO、0.1mol H2O（3分）

（4）負（1分），O2 +4H++4e-=2H2O （2分）

（5）175/176（3分）

【解析】

由于甲池是鉛蓄電池，其兩個電極的電極材料分別為PbO2和Pb。閉合K，發現NaCl溶液中的g電極附近的溶液先變紅，說明該電極附近H+放電，所以g是陰極，h是陽極；則a是電源的正極，b是電源的負極，電極材料a是PbO2，b是Pb。（2）丙裝置中是電解Al2(SO4)3溶液，在陽極發生反應：4OH--4e-=2H2O+ O2↑,在陰極發生反應：2H++2e-= H2↑，所以發生的總反應方程式是：2H2O2H2↑+ O2↑；（3）電解CuSO4溶液，首先在陽極發生反應：4OH--4e-=2H2O+ O2↑,在陰極發生反應：Cu++2e-= Cu，總反應方程式是：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4；后來在陰極發生反應：2H++2e-= H2↑，總反應方程式是2H2O2H2↑+ O2↑。20min時，將K斷開，此時c、d兩極上產生的氣體體積相同；則根據閉合回路中電子轉移數目相等可得4n(O2)=2n(Cu)+2n(H2)，n(Cu)=n(CuSO4)=1mol/L×0.1L=0.1mol，n(O2)= n(H2)，所以n(O2)=n(H2)=0.1mol，n(Cu)=0.1mol，停止電解，此時要使乙中溶液恢復到原來的狀態，需要加入的物質是0.1molCuO、0.1molH2O；（4）20min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，由于在c電極有H2，在d電極有氧氣，周圍有電解質溶液，構成了原電池，因此會發現電流計指針偏轉，則此時c電極為負極，d電極上發生反應的電極反應式為O2 +4H++4e-=2H2O；（5）對于丁溶液電解方程式是：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH，所以反應后的溶液是NaOH溶液，電解后取a mL丁裝置中的溶液，向其中逐滴加入等物質的量濃度的CH3COOH溶液，當加入b mL CH3COOH溶液時，混合溶液的pH恰好等于7。根據電荷守恒可知n(Na+)+n(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)，由于溶液pH=7，所以n(Na+)=c(CH3COO-)，混合溶液體積變化忽略不計，假設NaOH溶液的濃度是mmol/L，則反應后溶液中c(Na+) =c(CH3COO-)=[am/(a+b)]mol/L，c(CH3COOH)=[（bm-am]/(a+b)]mol/L，由于CH3COOH的電離平衡常數為1.75×10-5，所以，解得a/b =175/176。