Question

燃料電池是一種將化學反應產生的能量直接轉換成電能的裝置．某研究性學習小組在一次活動中，參照下圖組裝實驗裝置，以外面纏繞棉花的碳棒為電極，電解質溶液用0.5mol?L^-1Na₂SO₄溶液，電源用3～6V直流電源，發光二極管起輝電壓為1.7V，電流為0.6mA．
（1）在碳棒電極外面纏繞棉花的作用是

 

（2）按下開關S₁，半分鐘后兩碳棒上產生明顯的氣泡，此時碳棒C₁為

 

極，裝置中發生的總反應的化學方程式為

 

；
（3）斷開開關S₁，按下開關S₂，可觀察到的明顯現象為

 

；碳棒C₂為

 

極，其電極反應式為

 

．
（4）該小組把0.55mol．L^-1Na₂SO₄溶液換成0.55mol．L^-1NaCl溶液；當斷開開關S₂，按下開關S₁，則檢驗C₁極產生氣體的實驗方法：

 

；一段時間后，當斷開開關S₁，按下開關S₂時，電極C₁反應式為

 

．

Answer 1

分析：（1）吸附氣體體積與電極表面積成正比，吸附氣體越多越有利于形成燃料電池；
（2）按下開關S₁，該裝置是電解池，碳棒C₁為作陽極，碳棒C₂為陰極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，實質上是電解水；
（3）斷開開關S₁，按下開關S₂，該裝置構成燃料電池，氫氣所在電極為負極，氧氣所在電極為陽極，負極上氫氣失電子發生氧化反應；
（4）以氯化鈉溶液為電解質溶液時，當斷開開關S₂，按下開關S₁，C₁極氯離子放電生成氯氣，氯氣能置換出碘單質，碘遇濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍色；
一段時間后，當斷開開關S₁，按下開關S₂時，該裝置構成原電池，電極C₁上氯氣得電子發生還原反應．

解答：解：（1）在碳棒電極外面纏繞棉花，增大表面積而使碳棒吸附較多的氣體，有利于形成燃料電池，
故答案為：使碳棒吸附較多的氣體，有利于形成燃料電池；
（2）按下開關S₁，該裝置是電解池，碳棒C₁為作陽極，碳棒C₂為陰極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，實質上是電解水，電池反應式為2H₂O

通電  .

O₂↑+2H₂↑，
故答案為：陽極；2H₂O

通電  .

O₂↑+2H₂↑；
（3）斷開開關S₁，按下開關S₂，該裝置構成燃料電池，有電流產生，則二極管發光；氫氣易失電子發生氧化反應，則氫氣所在電極為負極，氧氣所在電極為陽極，負極上氫氣失電子發生氧化反應，
電極反應式為H₂-2e^-=2H⁺（寫H₂+OH^--2e^-=H₂O也對），
故答案為：二極管發光；負極；H₂-2e^-=2H⁺（寫H₂+OH^--2e^-=H₂O也對）；
（4）以氯化鈉溶液為電解質溶液時，當斷開開關S₂，按下開關S₁，C₁極氯離子放電生成氯氣，氯氣能置換出碘單質，碘遇濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍色，其檢驗方法為：將濕潤的淀粉碘化鉀試紙置于C₁極附近，若試紙變藍，則說明C₁極產生Cl₂；
一段時間后，當斷開開關S₁，按下開關S₂時，該裝置構成原電池，電極C₁上氯氣得電子發生還原反應，
電極反應式為Cl₂+2e^-=2Cl^-，
故答案為：將濕潤的淀粉碘化鉀試紙置于C₁極附近，若試紙變藍，則說明C₁極產生Cl₂；Cl₂+2e^-=2Cl^-．

點評：本題考查了原電池和電解池原理，明確各個電極上發生的反應是解本題關鍵，知道氯氣的檢驗方法，電解硫酸鈉溶液時，陰極上氫離子放電，電解亞硫酸鈉時，陰極上亞硫酸根離子放電，二者不同．