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16.实验室用铅蓄电池作电源电解500ml饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应:Pb+PbO2+H2SO4═2PbSO4+2H2O
①写出铅蓄电池放电时的电极方程式?
②今若制得Cl2 0.050mol,这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是多少?电解后所得溶液的物质的量浓度为?
③若用此电池以铂为电极电解500ml,1mol/L的硫酸铜溶液.电解一段时间后,测得阴极增重16g.则此时在阳极上一共产生了多少体积气体(标准状况)?电解后的电解质溶液的PH是多少(室温下)?

分析 ①铅蓄电池中,负极是铅,负极上铅失电子发生氧化反应,正极上二氧化铅得电子发生还原反应;
②根据电解过程中电荷守恒找出氯气和硫酸的关系式,根据氯气计算硫酸的消耗量;根据电解方程式计算生成的氢氧化钠的物质的量,再计算浓度;
③以惰性电极电解500ml,1mol/L的CuSO4溶液,阳极发生2H2O-4e-═4H++O2↑,阴极发生2Cu2++4e-═2Cu,以此来计算.

解答 解:①铅蓄电池放电时,铅失电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅,电极反应式为,Pb+SO42--2e-═PbSO4
正极上二氧化铅得电子和氢离子、硫酸根离子反应生成硫酸铅和水,电极反应式为:PbO2+4H++SO42-+2e-═PbSO4+2H2O,
答:铅蓄电池放电时的电极方程式:Pb+SO42--2e-═PbSO4;PbO2+4H++SO42-+2e-═PbSO4+2H2O;
②设生成0.050mol氯气需转移的电子为xmol.
2Cl--2e-=Cl2
      2mol        1mol
        x         0.050mol
解得x=0.1mol,
设消耗硫酸的物质的量为ymol,
放电时,铅蓄电池的电池反应式为:
PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 转移电子
                  2mol                              2mol
                  y mol                               0.1mol
y=0.1,所以消耗硫酸 0.1mol;
已知电解饱和食盐水的方程式为2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑,则生成的氢氧化钠的物质的量为氯气的2倍,其物质的量0.1mol,所以c(NaOH)=$\frac{0.1mol}{0.5L}$=0.2mol/L;
答:电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是0.1mol;电解后所得溶液的物质的量浓度为0.2mol/L;
③以惰性电极电解500ml,1mol/L的CuSO4溶液,阳极发生2H2O-4e-═4H++O2↑,阴极发生2Cu2++4e-═2Cu,
阴极增重16g,则n(Cu)=$\frac{16g}{64g/mol}$=0.25mol,根据电子守恒可知,生成的氧气为$\frac{0.25mol×2}{4}$mol=0.125mol,其体积为0125mol×22.4L/mol=2.8L;
由阳极发生2H2O-4e-═4H++O2↑可知,生成的氢离子的物质的量为n(H+)=0.125mol×4=0.5mol,则c(H+)=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L,即pH=0;
答:在阳极上一共产生了2.8L气体;电解后的电解质溶液的pH是0.

点评 本题考查了电极反应式的书写、物质的量的有关计算、电解原理的应用以及计算溶液的PH,题目难度中等,注意电极反应式的书写以及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.

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