题目内容
【题目】在下图所示的装置中，试管A、B中的电极为多孔的惰性电极；C、D为两个铂夹，夹在被Na2SO4溶液浸湿的滤纸条上，滤纸条的中部滴有一滴KMnO4；电源有a、b两极。若在A、B中充满0.01 mol/L 的KOH溶液后倒立于同浓度的KOH溶液的水槽中，断开K1，闭合K2、K3，通直流电，实验现象如下图所示，则：
(1)断开K1，闭合K2、K3，通直流电，试管B中产生的气体为_________（填化学式）。
(2)在Na2SO4溶液浸湿的滤纸条中部的KMnO4处现象为_____________。
(3)断开K1，闭合K2、K3，通直流电较长一段时间后，KOH溶液pH变__________（填“变大”“变小”或“不变”）。
(4)电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，检流计有指数，此时该装置A试管中电极上发生的反应为_____________
【答案】H2 紫色向D处移动 变大 O2+4e- +2H2O=4OH-
【解析】
A、B中电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a、b两极。若在A、B中充满KOH溶液后，倒立于KOH溶液的水槽中，切断K1，闭合K2、K3，通直流电，AB、CD处是电解原理的应用。
(1)依据A、B中气体体积变化分析，电解的是水，A端产生氧气，电解池的阳极；B端产生是氢气，为电解池的阴极，则a为电源的负极，b为电源正极；
(2)C、D为夹在滤纸两端的铂夹，与电源也构成了电解池，C与电源负极相连，为阴极，D与电源正极相连，为阳极，据此解答；
(3)断开K1，闭合K2、K3，通直流电，发生的电解反应，电解KOH溶液实质上是电解水，根据溶液中OH-的浓度与溶液的pH关系分析判断；
(4)若电解一段时间，A、B中均有气体包围电极，此时切断K2、K3，闭合K1，A、B中形成的氢氧燃料电池，依据原电池原理分析判断。
(1)切断K1，合闭K2、K3通直流电，电极A、B及氢氧化钾溶液构成电解池，根据离子的放电顺序，溶液中氢离子、氢氧根离子放电，分别生成氢气和氧气，氢气和氧气的体积比为2：1，通过图象知，B极上气体体积是A极上气体体积的2倍，所以B极上得H2，A极上得到O2，所以B极是阴极，A极是阳极，则a是负极，b是正极；
(2)浸有硫酸钠的滤纸和电极C、D与电源也构成了电解池，因为a是负极，b是正极，所以C是阴极，D是阳极，电解质溶液中的阳离子K+向阴极C电极区域移动，阴离子MnO4-向阳极D区域移动，所以D极附近的溶液呈紫色；
(3)切断K1，合闭K2、K3，电解较长一段时间，A、B中均有气体包围电极，电解KOH溶液，实质上是电解H2O，H2O不断电解消耗，使得KOH的浓度逐渐增大，则溶液中c(OH-)增大，因此一段时间后溶液的pH会变大；
(4)若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极．此时切断K2、K3，闭合K1，构成氢氧燃料电池，在燃料电池中，燃料氢气所在的B电极为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为2H2+4OH--4e-=4H2O；氧气所在的A电极为正极，O2获得电子，发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。
