Question

如图中的a和b为氢镍可充电碱性电池的电极，该电池总反应式为2Ni(OH)₂H₂＋2NiO(OH)。

(1)为了实现铜与稀硫酸反应，用Z通入氧气的同时，将开关K与Y相连即可。石墨电极的反应式为______________________________，总反应的化学方程式为________________________________________；

(2)不通入氧气，直接将K与X相连也能实现铜与稀硫酸反应。则氢镍碱性电池的负极为________(填“a”或“b”)，电解槽内总反应的离子方程式为_____________________________________________；

(3)当给氢镍碱性电池充电时，该电池的阳极反应式为__________________，氢镍电池放电时，负极附近的pH会________(填“变大”、“不变”或“变小”)；

(4)若将图中的稀硫酸换成CuSO₄溶液，并且将氢镍碱性电池的电极反接，将K连接X，通电一段时间后，向所得溶液中加入0.2 mol碱式碳酸铜[Cu₂(OH)₂CO₃]后，恰好恢复到原来的浓度和pH(不考虑CO₂的溶解)，则电解过程中转移电子的物质的量为____________。

Answer

O2＋2H2O＋4e－=4OH－ 2Cu＋2H2SO4＋O2=2CuSO4＋2H2O a Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑ OH－＋Ni(OH)2－e－=NiO(OH)＋H2O 变小 1.2 mol

【解析】

(1)石墨电极附近通氧气，则其为正极，发生O2在酸性条件下得电子的反应，总反应为Cu、O2、H2SO4发生氧化还原反应，生成CuSO4和H2O；

(2)不通入氧气，铜仍需失电子，则Cu电极为阳极，与它相连的电极为正极，则另一电极为负极。电解槽内总反应是Cu、H2SO4反应，生成CuSO4和H2；

(3) 氢镍碱性电池的总反应为2Ni(OH)2H2＋2NiO(OH)，充电时，该电池的阳极是Ni(OH)2在碱性条件下失电子，转化为NiO(OH)。氢镍电池放电时，负极是H2在碱性条件下失电子，消耗OH-生成水；

(4) Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O，则加入0.2 mol碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]，相当于加入0.4molCuO和0.2molH2O，也即相当于阴极生成0.4molCu和0.2molH2，阳极生成0.3molO2。由此可计算出电解过程中转移电子的物质的量。

(1)石墨电极附近通氧气，则其为正极，在此电极上，O2在酸性条件下得电子，发生反应O2＋2H2O＋4e－=4OH－；电池中，负极反应为Cu-2e-=Cu2+，则总反应为2Cu＋2H2SO4＋O2=2CuSO4＋2H2O。答案为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－；2Cu＋2H2SO4＋O2=2CuSO4＋2H2O；

(2)不通入氧气，铜仍需失电子，Cu电极为阳极，与它相连的电极b为正极，则另一电极a为负极；电解槽内总反应是Cu、H2SO4生成CuSO4和H2，则反应的离子方程式为Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。答案为：a；Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑；

(3)氢镍碱性电池的总反应为2Ni(OH)2H2＋2NiO(OH)，充电时，该电池的阳极是Ni(OH)2在碱性条件下失电子，转化为NiO(OH)，电极反应式为OH－＋Ni(OH)2－e－=NiO(OH)＋H2O。氢镍电池放电时，负极是H2-2e-+2OH-=2H2O，消耗OH-，从而使溶液的pH变小。答案为：OH－＋Ni(OH)2－e－=NiO(OH)＋H2O；变小；

(4) Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O，则加入0.2 mol碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]，相当于加入0.4molCuO和0.2molH2O，也即相当于阴极生成0.4molCu和0.2molH2，阳极生成0.3molO2，用O2计算，可求出电解过程中转移电子的物质的量为0.3mol×[0-(-2)]×2=1.2mol。

答案为：1.2 mol。