Question

燃料电池是一种将化学反应产生的能量直接转换成电能的装置．某研究性学习小组在一次活动中，参照下图组装实验装置，以外面缠绕棉花的碳棒为电极，电解质溶液用0.5mol?L^-1Na₂SO₄溶液，电源用3～6V直流电源，发光二极管起辉电压为1.7V，电流为0.6mA．
（1）在碳棒电极外面缠绕棉花的作用是

 

（2）按下开关S₁，半分钟后两碳棒上产生明显的气泡，此时碳棒C₁为

 

极，装置中发生的总反应的化学方程式为

 

；
（3）断开开关S₁，按下开关S₂，可观察到的明显现象为

 

；碳棒C₂为

 

极，其电极反应式为

 

．
（4）该小组把0.55mol．L^-1Na₂SO₄溶液换成0.55mol．L^-1NaCl溶液；当断开开关S₂，按下开关S₁，则检验C₁极产生气体的实验方法：

 

；一段时间后，当断开开关S₁，按下开关S₂时，电极C₁反应式为

 

．

Answer 1

分析：（1）吸附气体体积与电极表面积成正比，吸附气体越多越有利于形成燃料电池；
（2）按下开关S₁，该装置是电解池，碳棒C₁为作阳极，碳棒C₂为阴极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气，实质上是电解水；
（3）断开开关S₁，按下开关S₂，该装置构成燃料电池，氢气所在电极为负极，氧气所在电极为阳极，负极上氢气失电子发生氧化反应；
（4）以氯化钠溶液为电解质溶液时，当断开开关S₂，按下开关S₁，C₁极氯离子放电生成氯气，氯气能置换出碘单质，碘遇湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色；
一段时间后，当断开开关S₁，按下开关S₂时，该装置构成原电池，电极C₁上氯气得电子发生还原反应．

解答：解：（1）在碳棒电极外面缠绕棉花，增大表面积而使碳棒吸附较多的气体，有利于形成燃料电池，
故答案为：使碳棒吸附较多的气体，有利于形成燃料电池；
（2）按下开关S₁，该装置是电解池，碳棒C₁为作阳极，碳棒C₂为阴极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气，实质上是电解水，电池反应式为2H₂O

通电  .

O₂↑+2H₂↑，
故答案为：阳极；2H₂O

通电  .

O₂↑+2H₂↑；
（3）断开开关S₁，按下开关S₂，该装置构成燃料电池，有电流产生，则二极管发光；氢气易失电子发生氧化反应，则氢气所在电极为负极，氧气所在电极为阳极，负极上氢气失电子发生氧化反应，
电极反应式为H₂-2e^-=2H⁺（写H₂+OH^--2e^-=H₂O也对），
故答案为：二极管发光；负极；H₂-2e^-=2H⁺（写H₂+OH^--2e^-=H₂O也对）；
（4）以氯化钠溶液为电解质溶液时，当断开开关S₂，按下开关S₁，C₁极氯离子放电生成氯气，氯气能置换出碘单质，碘遇湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色，其检验方法为：将湿润的淀粉碘化钾试纸置于C₁极附近，若试纸变蓝，则说明C₁极产生Cl₂；
一段时间后，当断开开关S₁，按下开关S₂时，该装置构成原电池，电极C₁上氯气得电子发生还原反应，
电极反应式为Cl₂+2e^-=2Cl^-，
故答案为：将湿润的淀粉碘化钾试纸置于C₁极附近，若试纸变蓝，则说明C₁极产生Cl₂；Cl₂+2e^-=2Cl^-．

点评：本题考查了原电池和电解池原理，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，知道氯气的检验方法，电解硫酸钠溶液时，阴极上氢离子放电，电解亚硫酸钠时，阴极上亚硫酸根离子放电，二者不同．