Question

下图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液，除a、b外，其余电极均为石墨电极。甲为铅蓄电池，其工作原理为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄2PbSO₄+2H₂O，其两个电极的电极材料分别为PbO₂和Pb。闭合K，发现g电极附近的溶液先变红，20min后，将K断开，此时c、d两极上产生的气体体积相同；据此回答：

（1）a电极的电极材料是     （填“PbO₂”或“Pb”）。

（2）丙装置中发生电解的总反应方程式为       。

（3）电解20min时，停止电解，此时要使乙中溶液恢复到原来的状态，需要加入的物质及其物质的量是     。

（4）20min后将乙装置与其他装置断开，然后在c、d两极间连接上灵敏电流计，发现电流计指针偏转，则此时c电极为         极，d电极上发生反应的电极反应式为        。

（5）电解后取a mL丁装置中的溶液，向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH₃COOH溶液，当加入b mL CH₃COOH溶液时，混合溶液的pH恰好等于7（体积变化忽略不计）。已知CH₃COOH的电离平衡常数为1.75×10^-5，则a/b =            。

Answer

（1）PbO2，（2分）；（2）2H2O2H2↑+ O2↑（2分）；

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

（4）负（1分），O2 +4H++4e-=2H2O （2分）

（5）175/176（3分）

【解析】

试题分析：由于甲池是铅蓄电池，其两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。闭合K，发现NaCl溶液中的g电极附近的溶液先变红，说明该电极附近H+放电，所以g是阴极，h是阳极；则a是电源的正极，b是电源的负极，电极材料a是PbO2，b是Pb。（2）丙装置中是电解Al2(SO4)3溶液，在阳极发生反应：4OH--4e-=2H2O+ O2↑,在阴极发生反应：2H++2e-= H2↑，所以发生的总反应方程式是：2H2O2H2↑+ O2↑；（3）电解CuSO4溶液，首先在阳极发生反应：4OH--4e-=2H2O+ O2↑,在阴极发生反应：Cu++2e-= Cu，总反应方程式是：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4；后来在阴极发生反应：2H++2e-= H2↑，总反应方程式是2H2O2H2↑+ O2↑。20min时，将K断开，此时c、d两极上产生的气体体积相同；则根据闭合回路中电子转移数目相等可得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，停止电解，此时要使乙中溶液恢复到原来的状态，需要加入的物质是0.1molCuO、0.1molH2O；（4）20min后将乙装置与其他装置断开，然后在c、d两极间连接上灵敏电流计，由于在c电极有H2，在d电极有氧气，周围有电解质溶液，构成了原电池，因此会发现电流计指针偏转，则此时c电极为负极，d电极上发生反应的电极反应式为O2 +4H++4e-=2H2O；（5）对于丁溶液电解方程式是：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH，所以反应后的溶液是NaOH溶液，电解后取a mL丁装置中的溶液，向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液，当加入b mL CH3COOH溶液时，混合溶液的pH恰好等于7。根据电荷守恒可知n(Na+)+n(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)，由于溶液pH=7，所以n(Na+)=c(CH3COO-)，混合溶液体积变化忽略不计，假设NaOH溶液的浓度是mmol/L，则反应后溶液中c(Na+) =c(CH3COO-)=[am/(a+b)]mol/L，c(CH3COOH)=[（bm-am]/(a+b)]mol/L，由于CH3COOH的电离平衡常数为1.75×10-5，所以，解得a/b =175/176。

【考点定位】考查原电池、电解池的反应原理的应用的知识。

【名师点睛】电解是在电流的作用下，将电能转化为化学能的装置。与电源正极连接的电极为阳极，与电源负极连接的电极为阴极，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。若电极材料是活性电极(除金、铂及石墨以外的电极)，则在阳极是电极失去电子，发生氧化反应，阴极是溶液中的阳离子获得电子，发生还原反应，离子放电顺序与金属活动性顺序表相反，而Fe3+放电能力比Cu2+强；若是惰性电极，则是溶液中的阴离子放电，放电顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。电解后若使电解质溶液复原，应该看两个电极产生的物质，二者反应产生的物质就是应该加入的物质，产生的物质的量就是要加入的该物质的物质的量。电解方法可以冶炼金属、金属的精炼、电镀等。在金属精炼时，不纯的金属为阳极，纯的金属为阴极，含该金属的盐溶液为电解质溶液，在不纯金属中，活动性比该金属强的金属氧化为金属离子进入电解质溶液，活动性比该金属弱的金属以单质的形式沉积在阳极底部，俗称阳极泥。在电镀时，以镀层金属为阳极，以镀件为阴极，含有镀层金属阳离子的溶液为电解质溶液。根据电解时电极反应现象确定铅蓄电池的正负极，同时利用在整个闭合回路中电子转移数目相等进行有关计算。电离平衡常数是弱电解质达到电离平衡时，电离产生的离子浓度与未电离的电解质分子浓度的比，它只与温度有关，电解质越强，其电离平衡常数越大。