Question

新能源汽车所用蓄电池分为铅酸蓄电池、二次锂电池、空气电池等类型。请回答下列问题：

(1)2019年诺贝尔化学奖授予了为锂离子电池发展做出贡献的约翰·班宁斯特·古迪纳夫等三位科学家。如图所示为水溶液锂离子电池体系。放电时，电池的负极是_______（填a或b），溶液中Li⁺从______迁移（填“a向b”或“b向a”）。

(2)铅酸蓄电池是最常见的二次电池，电压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。电池总反应为Pb(s)＋PbO₂(s)＋2H₂SO₄(aq) 2PbSO₄(s)＋2H₂O(l)

①放电时，正极的电极反应式是________________________，电解质溶液中硫酸的浓度_____（填“增大”、“减小”或“不变”），当外电路通过0.5 mol e^－时，理论上负极板的质量增加_______g。

②用该蓄电池作电源，进行粗铜（含Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼。如下图所示，电解液c选用________溶液，A电极的材料是_______，B电极反应式是_________。

③用该蓄电池作电源，A、B为石墨电极，c为氯化钠溶液，进行电解。如上图所示，则A电极产生的气体是________，B电极附近溶液的pH_____（填“增大”、“减小”或“不变”）。

Answer

b b向a PbO2+2e-+4H++2SO42-═PbSO4+2H2O 减小 24 CuSO4（CuCl2等） 粗铜 Cu2++2e-=Cu 氯气 增大

【解析】

（1）由题给装置图可知，锂电极为原电池的负极，放电时，溶液中阳离子由负极向正极迁移；

（2）①由电池总反应式可知，Pb电极是负极，Pb失电子发生氧化反应，PbO2是正极，PbO2得电子发生还原反应；

②电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极；

③接通电路后，该装置为电解池，由题给装置图可知，电流流入的A电极为阳极，B电极为阴极。

（1）由题给装置图可知，b电极为原电池的负极，a电极为原电池的正极，放电时，溶液中Li＋由负极向正极迁移，即从b向a迁移，故答案为：b；b向a；

（2）①由电池总反应式可知，Pb电极是负极，Pb失电子发生氧化反应，电极反应式为Pb-2e-+SO42-═PbSO4，PbO2是正极，PbO2得电子发生还原反应，电极反应式是PbO2+2e-+4H++2SO42-═PbSO4+2H2O；放电时，消耗H2SO4，则电解液中H2SO4的浓度将减少；当外电路通过0.5mol电子时，依据电子守恒计算理论上负极板的质量增加0.25mol×303g/mol-0.25mol×207g/mol=24g，故答案为：PbO2+2e-+4H++2SO42-═PbSO4+2H2O；减小；24；

②电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，由题给装置图可知，电流流入的A电极为粗铜精炼的阳极，B电极为阴极，则A电极为粗铜，B电极为精铜，电解液为可溶性铜盐，如硫酸铜或氯化铜等，阴极上铜离子得电子发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，故答案为：CuSO4（CuCl2等）；粗铜；Cu2++2e-=Cu；

③接通电路后，该装置为电解池，由题给装置图可知，电流流入的A电极为阳极，B电极为阴极，氯离子在阳极上失电子发生氧化反应生成氯气，水电离出的氢离子在阴极上得电子发生还原反应生成氢气，破坏水的电离平衡，使阴极区云集大量氢氧根离子，使溶液呈碱性，故答案为：氯气；增大。