Question

某強酸性反應(yīng)體系中，反應(yīng)物和生成物共六種物質(zhì)：PbO₂、PbSO₄（難溶鹽）、Pb（MnO₄）₂（強電解質(zhì)）、H₂O、X（水溶液呈無色）和H₂SO₄，已知X是一種鹽，且0.1mol X在該反應(yīng)中失去3.01×10²³個電子．
（1）寫出并配平該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

；
（2）若有9.8g H₂SO₄參加反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為

 

；
（3）如果將該反應(yīng)設(shè)計成原電池．
①請你畫出該原電池的裝置圖，并注明電極材料、電解質(zhì)溶液名稱．
②該電池放電時，正極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

分析：（1）X是一種硫酸鹽，且0.2mol X在該反應(yīng)中失去1mol 電子，即1molX在該反應(yīng)中失去5mol電子，根據(jù)元素守恒知，該元素是錳元素，生成物中錳元素是+7價，則X中錳元素顯+2價，所以X是MnSO₄，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等配平方程式；
（2）9.8g H₂SO₄參加反應(yīng)，則n（H₂SO₄）=0.1mol，根據(jù)方程式中H₂SO₄ 和電子的關(guān)系可求出；
（3）①理論上氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池，二氧化鉛為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，惰性電極石墨為負極，+2價錳離子在負極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)；
②二氧化鉛為正極，發(fā)生還原反應(yīng)生成Pb²⁺．

解答：解：（1）X是一種硫酸鹽，且0.1mol X在該反應(yīng)中失去0.5mol 電子，即1molX在該反應(yīng)中失去5mol電子，根據(jù)元素守恒知，該元素是錳元素，生成物中錳元素是+7價，則X中錳元素顯+2價，所以X是MnSO₄，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等配平方程式，該反應(yīng)方程式為：2MnSO₄+5PbO₂+2H₂SO₄=Pb（MnO₄）₂+4PbSO₄+2H₂O，
故答案為：2MnSO₄+5PbO₂+2H₂SO₄=Pb（MnO₄）₂+4PbSO₄+2H₂O；
（2）9.8g H₂SO₄參加反應(yīng)，則n（H₂SO₄）=0.1mol，由方程式可知：2MnSO₄～Pb（MnO₄）₂～2H₂SO₄ ～10mol電子，則0.1molH₂SO₄反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.5mol電子，
所以有9.8g H₂SO₄參加反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.5mol，故答案為：0.5mol；
（3）①理論上氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池，二氧化鉛為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，惰性電極石墨為負極，+2價錳離子在負極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)，電池裝置如圖
，故答案為：；
②二氧化鉛為正極，發(fā)生還原反應(yīng)生成Pb²⁺，所以正極反應(yīng)為：5PbO₂+10e^-+20H⁺+4SO₄^2-═Pb²⁺+4PbSO₄+10H₂O，
故答案為：5PbO₂+10e^-+20H⁺+4SO₄^2-═Pb²⁺+4PbSO₄+10H₂O．

點評：本題考查了氧化還原反應(yīng)方程式的配平，原電池原理及電極方程式的書寫，綜合性較強，難度較大．