Question

20．在如圖所示裝置中，試管A、B中的電極為多孔的惰性電極；C、D為兩個鉑夾夾在被Na₂SO₄溶液浸濕的濾紙條上，濾紙條的中部滴有KMnO₄液滴；電源有a、b兩極．若在A、B中充滿KOH溶液后倒立于盛KOH溶液的水槽中，斷開K₁，閉合K₂、K₃，通直流電，實驗現象如圖所示，請回答下列問題
（1）標出電源的正、負極：a為負極，b為正極．
（2）在濕的Na₂SO₄濾紙條的中部KMnO₄液滴處發生的現象為紫色向D方向移動，兩極有氣體產生
（3）若電解一段時間后，A、B中均有氣體包圍電極．此時切斷K₂、K₃，閉合K₁，則電流表的指針是（填“是”或“否”）偏轉．
（4）若電流表的指針發生偏轉，請寫出有關的電極反應式：A中O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
B中2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O（若指針不發生偏轉，則此題不需要回答）．若指針不發生偏轉，請說明理由多余（若指針發生偏轉，則此題不需要回答）．

Answer 1

分析 A、B中電極為多孔的惰性電極；C、D為夾在濕的Na₂SO₄濾紙條上的鉑夾；電源有a、b兩極．若在A、B中充滿KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中，切斷K₁，閉合K₂、K₃，通直流電，AB、CD處是電解原理的應用，依據AB中氣體體積變化分析，電解的是水，A端產生氧氣，電解池的陽極，B端是氫氣，為電解池的陰極，則a為電源的負極，b為電源正極；
（1）根據原電池的工作原理書寫電極反應式；
（2）先判斷C、D 的電極名稱，判斷電解時溶液中離子的移動方向；
（3）若電解一段時間，A、B中均有氣體包圍電極．此時切斷K₂、K₃，閉合K₁，電流表的指針偏轉，說明AB中形成的氫氧燃料電池，依據原電池原理分析判斷；
（4）根據原電池中燃料電池的工作原理和規律來回答．

解答 解：（1）切斷K₁，合閉K₂、K₃通直流電，電極A、B及氫氧化鉀溶液構成電解池，根據離子的放電順序，溶液中氫離子、氫氧根離子放電，分別生成氫氣和氧氣，氫氣和氧氣的體積比為2：1，通過圖象知，B極上氣體體積是A極上氣體體積的2倍，所以B極上得氫氣，A極上得到氧氣，所以B極是陰極，A極是陽極，故a是負極，b是正極．
故答案為：負極；正極；
（2）浸有硫酸鈉的濾紙和電極C、D與電源也構成了電解池，因為a是負極，b是正極，所以C是陰極，D是陽極，電解質溶液中的陽離子鉀離子向陰極移動，陰離子高錳酸根離子向陽極移動，所以D極呈紫色；電解質溶液中氫離子和氫氧根離子放電，所以在兩極上都得到氣體．
故答案為：紫色向D方向移動，兩極有氣體產生；
（3）切斷K₂、K₃，合閉K₁，電解一段時間后，A、B中均有氣體包圍電極．此裝置構成氫氧燃料原電池，所以有電流通過，電流表的指針移動．
故答案為：是；
（4）若電解一段時間后，A、B中均有氣體包圍電極．此時切斷K₂、K₃，閉合K₁，構成氫氧燃料電池，在燃料電池中，燃料氫氣B為負極，方程式為2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；
氧氣A作正極，方程式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O．

點評 本題考查了原電池、電解池工作原理，寫電極反應式要注意結合電解質溶液書寫，如果電解質溶液不同，雖然原料相同，電極反應式也不同，如氫氧燃料電池，當電解質為酸或堿，電極反應式就不同．