Question

5．已知：铅蓄电池总的化学方程式为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{放电}^{充电}$2H₂O+2PbSO₄；镍镉碱性充电电池在放电时，其正极反应为：2NiO（OH）+2H₂O+2e^-=2Ni（OH）₂+2OH^-
负极反应为：Cd+2OH^--2e^-=Cd（OH）₂
铅蓄电池使用（放电）一段时间后，其内阻明显增大，电压却几乎不变，此时只有充电才能继续使用．镍镉碱性充电电池使用（放电）到后期，当电压明显下降时，其内阻却几乎不变，此时充电后也能继续使用．回答下列问题：
（1）铅蓄电池在放电时的负极反应为Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄，其在充电时阳极反应为PbSO₄-2e^-+2H₂O=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺；
（2）镍镉碱性充电电池在充电时的总反应的化学方程式为Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂=Cd+2NiO（OH）+2H₂OCd（OH）₂+2Ni（OH）₂=Cd+2NiO（OH）+2H₂O；
（3）上述两种电池使用一段时间后，一个内阻明显增大，而另一个内阻却几乎不变的主要原因可能是铅蓄电池中电解质H₂SO₄会不断被消耗，故电阻增大，而镍镉电池中碱不会被消耗，电阻不会增大铅蓄电池放电时离子浓度减小，而镍镉电池放电时离子浓度不变；
（4）如果铅蓄电池在放电时回路中有2mol电子转移时，消耗H₂SO₄2mol．

Answer 1

分析 （1）依据铅蓄电池的总反应方程式中元素化合价变化判断，负极失电子发生氧化反应；正极得到电子发生还原反应，负极Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；正极PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O，充电的阳极是正极的逆反应；
（2）依据放电时的电极反应，充电时是电解，原电池的正极接电源正极做阳极，原电池负极接电源负极，做电解池的阴极，综合写出电解反应；
（3）依据两种电池的电极反应过程中离子浓度变化分析判断；
（4）依据电极反应或电池反应中电子守恒计算得到．

解答 解：（1）铅蓄电池总的化学方程式为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄ $?_{充电}^{放电}$2H₂O+2PbSO₄；铅失电子生成硫酸铅，二氧化铅得到电子发生还原反应生成硫酸铅；负极电极反应为：Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄，正极电极反应为：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O，充电的阳极是正极的逆反应为PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄； PbSO₄-2e^-+2H₂O=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
（2）镍镉碱性充电电池在放电时，
正极反应为：2NiO（OH）+2H₂O+2e^-=2Ni（OH）₂+2OH^-，充电为阳极电极反应为：2Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=2NiO（OH）+2H₂O，
负极反应为：Cd+2OH^--2e^-=Cd（OH）₂，充电为阴极电极反应为：Cd（OH）₂+2e^-=Cd+2OH^-，
电子守恒合并得到：Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂=Cd+2NiO（OH）+2H₂O；
故答案为：Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂=Cd+2NiO（OH）+2H₂O；
（3）两种电池使用一段时间后，一个内阻明显增大，而另一个内阻却几乎不变，阳极电极反应分析说明，铅蓄电池放电时离子浓度减小，而镍镉电池放电时离子浓度不变，
故答案：铅蓄电池中电解质H₂SO₄会不断被消耗，故电阻增大，而镍镉电池中碱不会被消耗，电阻不会增大；
（4）如果铅蓄电池在放电时回路中有2mol电子转移时，依据Pb+PbO₂+2H₂SO₄ $?_{充电}^{放电}$2H₂O+2PbSO₄，关系式为Pb～PbO₂～2H₂SO₄～2e^-，电子转移为2mol，消耗硫酸为2mol，
故答案为：2mol．

点评 本题考查了原电池的原理应用和电解原理应用，电极反应、电极判断、电池反应是解题关键，题目难度中等．