Question

银锌碱性蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置．电池放电时的反应原理是：Zn+Ag₂O+H₂O=2Ag+Zn（OH）₂．现用该蓄电池电解c（NO₃^-）=6mol?L^-1的KNO₃和Cu（NO₃）₂的混合溶液500mL，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体（标准状况）（电解池的电极均为石墨电极）．
回答下列问题：
（1）银锌碱性蓄电池的正极反应式为    ．
（2）电解过程中，阳极反应式为    ；阴极反应式为    ．
（3）上述电解过程中共转移电子总数    ．
（4）电解得到的Cu的质量为    ．
（5）原混合溶液中c（K⁺）为    ．
（6）电解后溶液中c（H⁺）    4mol/L（选填“＜”“=”“＞”）．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据电池反应式确定正极，正极上得电子发生还原反应．
（2）电解过程中，阳极上氢氧根离子放电生成氧气；阴极上先是铜离子放电生成铜单质，后氢离子放电生成氢气．
（3）根据氧气和转移电子之间的关系式计算转移电子数．
（4）先根据电解过程中得失电子守恒计算析出铜时转移电子数，再根据铜和转移电子之间的关系式计算铜的质量．
（5）根据溶液中阴阳离子所带电荷相等计算钾离子浓度．
（6）根据生成氧气的量计算氢氧根离子的物质的量，根据氢气的量计算氢离子的物质的量，水电离出的氢离子和氢氧根离子个数相同，从而计算出溶液中氢离子的物质的量，再结合物质的量浓度公式计算氢离子浓度．
解答：解：（1）该原电池中，较活泼的金属锌失电子作负极，氧化银作正极，正极上氧化银得电子和水反应生成银和氢氧根离子，电极反应式为：Ag₂O+H₂O+2e^-=2Ag+2OH^-．
故答案为：Ag₂O+H₂O+2e^-=2Ag+2OH^-．
（2）电解过程中，阳极上氢氧根放电生成氧气和水，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；阴极上先是铜离子放电生成铜，当铜离子完全析出时，氢离子放电生成氢气，电极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂（或4H₂O+4e^-=2H₂+4OH^-）．
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂（或4H₂O+4e^-=2H₂+4OH^-）．
（3）电解过程中，阳极上失电子，阴极上得电子，根据氧气与转移电子之间的关系式计算．
设转移电子为X．
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
   4N_A    22.4L
   X     22.4L    
X=4N_A
故答案为4N_A．
（4）氢氧根离子失去4N_A 电子析出22.4L氧气转移电子，氢离子得到2N_A电子析出22.4L氢气，所以铜离子得到2N_A
电子析出铜单质．
设铜单质的质量是y．
Cu²⁺+2e^-=Cu 
   2N_A  64g
   2N_A y
 y=64g．
故答案为64g．
（5）铜的质量是64g，其物质的量是1mol，则C（Cu²⁺）==2mol/L，c（NO₃^-）=6mol?L^-1；设钾离子的物质的量浓度为z，根据溶液呈电中性，溶液中阴阳离子所带电量相等得，2C（Cu²⁺）+C（K+）=c（NO₃^-），所以
C（K+）=c（NO₃^-）-2C（Cu²⁺）=2mol/L．
故答案为：2 mol?L^-1 ．
（6）根据4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑知，生成22.4L氧气需要氢氧根离子4mol，根据2H⁺+2e^-=H₂↑知，生成22.4L氢气需要氢离子2mol，水电离出的氢离子和氢氧根离子个数相同，所以溶液中氢离子的物质的量是2mol，电解过程中溶液的体积减小，所以c（H⁺）＞=4mol/L．
故答案为＞．
点评：本题考查了电解原理和原电池原理，难度不大，注意电极反应式的书写，为易错点．