1.如图装置中, A、 B中电极为多孔的惰性电极; C、 D为夹在湿的 Na 2 SO 4滤纸条上的铂夹, a、 b为电源两极。在 A、 B中充满 KOH溶液后使其倒立于盛有 KOH溶液的水槽中。切断 K 1,闭合 K 2、 K 3,通直流电,电解一段时间后 A、 B中均有气体产生,如图所示。
( 1)电源的 a极为________(填“正极”或“负极”)。
( 2)在湿的 Na 2 SO 4滤纸条中心滴 KMnO 4溶液,现象是________________。
( 3)写出 A中电极反应式:______________________________。
( 4)若电解一段时间后 A、 B中均有气体包围电极。此时切断 K 2、 K 3,闭合 K 1,电流表的指针发生偏转,此时 B极的电极反应式为__________________________。
答案:( 1)负极( 2)紫色向 D铂夹靠近( 3) 4 OH-- 4 e-= O 2↑+ 2 H 2 O( 4) H 2- 2 e-+ 2 OH-= 2 H 2 O
解析:( 1)由图示得电解时 B中产生气体的体积是 A中的 2倍,而电解 KOH溶液的本质是电解水,故 A中生成的是氧气, A为阳极, B为阴极; a为负极、 b为正极; C作阴极、 D作阳极。( 2) MnO向阳极移动,故紫色移向 D铂夹。( 3) A中是 OH-放电。( 4)中构成了氢氧燃料电池, KOH溶液作电解质溶液, B作负极, H 2失去电子后与 OH-结合生成水。
2.( 1)今有 2 H 2+ O 2= 2 H 2 O反应,构成燃料电池,则负极通的应是________,正极通的应是________,电极反应式为________________、________________。
( 2)如把 KOH改为稀 H 2 SO 4作电解质溶液,则电极反应式为____________________、____________________。
( 1)和( 2)的电解液不同,反应进行后,其溶液的 pH各有何变化?
________________________________________________________________________。
( 3)如把 H 2改为甲烷、 KOH作导电物质,则电极反应式为:____________________、____________________。
答案:( 1) H 2 O 2负极: 2 H 2+ 4 OH-- 4 e-= 4 H 2 O
正极: O 2+ 2 H 2 O+ 4 e-= 4 OH-
( 2)负极: 2 H 2- 4 e-= 4 H+
正极: O 2+ 4 H++ 4 e-= 2 H 2 O( 1)变小,( 2)变大
( 3)负极: CH 4+ 10 OH-- 8 e-= CO+ 7 H 2 O
正极: 2 O 2+ 4 H 2 O+ 8 e-= 8 OH-
解析:根据电池反应式可知 H 2在反应中被氧化, O 2被还原,因此 H 2应在负极上反应, O 2应在正极上反应。又因为是碱性溶液,此时应考虑不可能有 H+参加或生成,故负极反应为: 2 H 2+ 4 OH-- 4 e-= 4 H 2 O,正极反应为: O 2+ 2 H 2 O+ 4 e-= 4 OH-。若将导电物质换成酸性溶液,此时应考虑不可能有 OH-参加或生成,故负极: 2 H 2- 4 e-= 4 H+,正极: O 2+ 4 H++ 4 e-= 2 H 2 O。由于前者在碱性条件下反应 KOH量不变,但工作时 H 2 O增多故溶液变稀碱性减弱, pH将变小。而后者为酸溶液, H 2 SO 4的量不变,水增多,溶液酸性减弱,故 pH将变大。如把 H 2改为甲烷,用 KOH作导电物质,根据反应 CH 4+ 2 O 2= CO 2+ 2 H 2 O,则负极为发生氧化反应的 CH 4,正极为发生还原反应的 O 2,由于有 KOH存在,此时不会有 CO 2放出。