Номер 218, страница 324 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.218. При разряде свинцового аккумулятора протекает реакция:

${\mathrm{PbO}}_2+\mathrm{Pb}+2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4=2{\mathrm{PbSO}}_4+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Электролитом служит разбавленная серная кислота. Запишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде. А какие реакции происходят на электродах при зарядке аккумулятора?

Свинцовый аккумулятор при разряде работает как гальванический элемент, в котором химическая энергия преобразуется в электрическую. Суммарное уравнение реакции, протекающей при разряде:

$PbO_2 + Pb + 2H_2SO_4 = 2PbSO_4 + 2H_2O$

Запишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде

При разряде аккумулятора, который функционирует как гальванический элемент, на электродах протекают следующие окислительно-восстановительные процессы:

На аноде (отрицательный электрод, "-") происходит окисление металлического свинца ($Pb$). Атомы свинца отдают два электрона и взаимодействуют с сульфат-ионами ($SO_4^{2-}$) из электролита, образуя на поверхности электрода нерастворимый сульфат свинца(II) ($PbSO_4$).

Уравнение на аноде: $Pb + SO_4^{2-} \rightarrow PbSO_4 + 2e^-$

На катоде (положительный электрод, "+") происходит восстановление диоксида свинца ($PbO_2$). Ионы свинца(IV) ($Pb^{4+}$) принимают два электрона и в присутствии ионов водорода ($H^+$) и сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$) также превращаются в сульфат свинца(II) ($PbSO_4$).

Уравнение на катоде: $PbO_2 + 4H^+ + SO_4^{2-} + 2e^- \rightarrow PbSO_4 + 2H_2O$

Ответ: При разряде на аноде (-) протекает реакция окисления: $Pb + SO_4^{2-} \rightarrow PbSO_4 + 2e^-$. На катоде (+) протекает реакция восстановления: $PbO_2 + 4H^+ + SO_4^{2-} + 2e^- \rightarrow PbSO_4 + 2H_2O$.

А какие реакции происходят на электродах при зарядке аккумулятора?

Зарядка аккумулятора — это процесс электролиза, при котором под действием внешнего источника тока реакции на электродах протекают в обратном направлении. Электрод, бывший анодом, становится катодом, а бывший катод — анодом.

Суммарное уравнение реакции при зарядке:

$2PbSO_4 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} PbO_2 + Pb + 2H_2SO_4$

На отрицательном электроде (в процессе зарядки это катод) происходит восстановление сульфата свинца(II) до металлического свинца:

$PbSO_4 + 2e^- \rightarrow Pb + SO_4^{2-}$

На положительном электроде (в процессе зарядки это анод) происходит окисление сульфата свинца(II) до диоксида свинца:

$PbSO_4 + 2H_2O \rightarrow PbO_2 + 4H^+ + SO_4^{2-} + 2e^-$

В результате этих процессов на электродах восстанавливаются исходные активные массы ($Pb$ и $PbO_2$), а плотность электролита (раствора серной кислоты) возрастает.

Ответ: При зарядке на отрицательном электроде (катоде) протекает реакция $PbSO_4 + 2e^- \rightarrow Pb + SO_4^{2-}$, а на положительном электроде (аноде) — реакция $PbSO_4 + 2H_2O \rightarrow PbO_2 + 4H^+ + SO_4^{2-} + 2e^-$.