Question

燃料電池是一種將化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置．某研究性學(xué)習(xí)小組在一次活動(dòng)中，參照下圖組裝實(shí)驗(yàn)裝置，以外面纏繞棉花的碳棒為電極，電解質(zhì)溶液用0.5mol?L^-1Na₂SO₄溶液，電源用3～6V直流電源，發(fā)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(guān)S₁，半分鐘后兩碳棒上產(chǎn)生明顯的氣泡，此時(shí)碳棒C₁為

 

極，裝置中發(fā)生的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

；
（3）斷開開關(guān)S₁，按下開關(guān)S₂，可觀察到的明顯現(xiàn)象為

 

；碳棒C₂為

 

極，其電極反應(yīng)式為

 

．
（4）該小組把0.55mol．L^-1Na₂SO₄溶液換成0.55mol．L^-1NaCl溶液；當(dāng)斷開開關(guān)S₂，按下開關(guān)S₁，則檢驗(yàn)C₁極產(chǎn)生氣體的實(shí)驗(yàn)方法：

 

；一段時(shí)間后，當(dāng)斷開開關(guān)S₁，按下開關(guān)S₂時(shí)，電極C₁反應(yīng)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(guān)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(shí)質(zhì)上是電解水；
（3）斷開開關(guān)S₁，按下開關(guān)S₂，該裝置構(gòu)成燃料電池，氫氣所在電極為負(fù)極，氧氣所在電極為陽極，負(fù)極上氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（4）以氯化鈉溶液為電解質(zhì)溶液時(shí)，當(dāng)斷開開關(guān)S₂，按下開關(guān)S₁，C₁極氯離子放電生成氯氣，氯氣能置換出碘單質(zhì)，碘遇濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)色；
一段時(shí)間后，當(dāng)斷開開關(guān)S₁，按下開關(guān)S₂時(shí)，該裝置構(gòu)成原電池，電極C₁上氯氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

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(guān)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(shí)質(zhì)上是電解水，電池反應(yīng)式為2H₂O

通電  .

O₂↑+2H₂↑，
故答案為：陽極；2H₂O

通電  .

O₂↑+2H₂↑；
（3）斷開開關(guān)S₁，按下開關(guān)S₂，該裝置構(gòu)成燃料電池，有電流產(chǎn)生，則二極管發(fā)光；氫氣易失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則氫氣所在電極為負(fù)極，氧氣所在電極為陽極，負(fù)極上氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，
電極反應(yīng)式為H₂-2e^-=2H⁺（寫H₂+OH^--2e^-=H₂O也對），
故答案為：二極管發(fā)光；負(fù)極；H₂-2e^-=2H⁺（寫H₂+OH^--2e^-=H₂O也對）；
（4）以氯化鈉溶液為電解質(zhì)溶液時(shí)，當(dāng)斷開開關(guān)S₂，按下開關(guān)S₁，C₁極氯離子放電生成氯氣，氯氣能置換出碘單質(zhì)，碘遇濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)色，其檢驗(yàn)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(lán)，則說明C₁極產(chǎn)生Cl₂；
一段時(shí)間后，當(dāng)斷開開關(guān)S₁，按下開關(guān)S₂時(shí)，該裝置構(gòu)成原電池，電極C₁上氯氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，
電極反應(yīng)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(lán)，則說明C₁極產(chǎn)生Cl₂；Cl₂+2e^-=2Cl^-．

點(diǎn)評：本題考查了原電池和電解池原理，明確各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，知道氯氣的檢驗(yàn)方法，電解硫酸鈉溶液時(shí)，陰極上氫離子放電，電解亞硫酸鈉時(shí)，陰極上亞硫酸根離子放電，二者不同．