Question

19．铅是一种活泼金属，铅与稀硫酸发生的反应为Pb+H₂SO₄（aq）═PbSO₄（s）+H₂↑，某同学根据反应设计如下装置：回答下列问题：
（1）铜棒的电极名称是正极，电子流向是由Pb流向Cu；
（2）该装置的能量转化形式是化学能转化为电能；
（3）该装置工作时，负极的极应式应为Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ，正极的产物是H₂；
（4）如果铅上净增质量为38.4g，则常温常压下在铜极上收集到的气体体积为9.8L（已知：温常压下，气体摩尔体积为24.5L•mol-1）；
（5）如果电路上通过了0.6mol电子（装置内有足量的稀硫酸），则质子交换膜右侧减少离子约为0.9mol．

Answer 1

分析 （1）电池中Cu的活泼性比铅弱，Cu作正极，电子从负极流向正极；
（2）原电池中化学能转化为电能；
（3）Pb在负极失电子生成PbSO₄；氢离子在正极得电子生成氢气；
（4）Pb在负极失电子生成PbSO₄，负极增加的质量为硫酸根离子的质量，根据反应方程式计算；
（5）正极的电极方程式为2H⁺+2e^-=H₂↑，根据电子与氢离子的关系，结合铅离子和硫酸根离子生成的沉淀计算．

解答 解：（1）铅与稀硫酸发生的反应为Pb+H₂SO₄（aq）═PbSO₄（s）+H₂↑，利用该反应设计为原电池，电池中Cu的活泼性比铅弱，Cu作正极，Pb的活泼性强，Pb失电子作负极，电子从负极流向正极，即由Pb流向Cu；
故答案为：正极；由Pb流向Cu；
（2）该装置为原电池，原电池中化学能转化为电能；
故答案为：化学能转化为电能；
（3）该装置工作时，Pb在负极失电子生成PbSO₄，则负极的电极方程式为：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ；氢离子在正极得电子生成氢气；
故答案为：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄ ；H₂；
（4）Pb在负极失电子生成PbSO₄，负极增加的质量为硫酸根离子的质量，则n（SO₄^2-）=$\frac{38.4g}{96g/mol}$=0.4mol，由反应方程式Pb+H₂SO₄（aq）═PbSO₄（s）+H₂↑可知，生成氢气为0.4mol，其体积为V=0.4mol×24.5L/mol=9.8L；
故答案为：9.8；
（5）正极的电极方程式为2H⁺+2e^-=H₂↑，电路上通过了0.6mol电子，则正极消耗氢离子为0.6mol，氢离子向正极移动，所以质子交换膜右侧减少的氢离子离子约为0.6mol，通过0.6mol电子，则会生成0.3molPb²⁺，Pb²⁺与SO₄^2-结合生成PbSO₄ ，则减少的SO₄^2-为0.3mol，所以质子交换膜右侧减少离子约为0.9mol；
故答案为：0.9．

点评 本题考查原电池的原理，题目难度中等，明确原电池正负极的判断方法及电极方程式的书写方法即可解答，注意电子守恒在计算中的应用，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．