Question

【題目】在下圖所示的裝置中，試管A、B中的電極為多孔的惰性電極；C、D為兩個鉑夾，夾在被Na2SO4溶液浸濕的濾紙條上，濾紙條的中部滴有一滴KMnO4；電源有a、b兩極。若在A、B中充滿0.01 mol/L 的KOH溶液后倒立于同濃度的KOH溶液的水槽中，斷開K1，閉合K2、K3，通直流電，實驗現象如下圖所示，則：

(1)斷開K1，閉合K2、K3，通直流電，試管B中產生的氣體為_________（填化學式）。

(2)在Na2SO4溶液浸濕的濾紙條中部的KMnO4處現象為_____________。

(3)斷開K1，閉合K2、K3，通直流電較長一段時間后，KOH溶液pH變__________（填“變大”“變小”或“不變”）。

(4)電解一段時間后，A、B中均有氣體包圍電極。此時切斷K2、K3，閉合K1，檢流計有指數，此時該裝置A試管中電極上發生的反應為_____________

Answer 1

【答案】H2 紫色向D處移動 變大 O2+4e- +2H2O=4OH-

【解析】

A、B中電極為多孔的惰性電極；C、D為夾在濕的Na2SO4濾紙條上的鉑夾；電源有a、b兩極。若在A、B中充滿KOH溶液后，倒立于KOH溶液的水槽中，切斷K1，閉合K2、K3，通直流電，AB、CD處是電解原理的應用。

(1)依據A、B中氣體體積變化分析，電解的是水，A端產生氧氣，電解池的陽極；B端產生是氫氣，為電解池的陰極，則a為電源的負極，b為電源正極；

(2)C、D為夾在濾紙兩端的鉑夾，與電源也構成了電解池，C與電源負極相連，為陰極，D與電源正極相連，為陽極，據此解答；

(3)斷開K1，閉合K2、K3，通直流電，發生的電解反應，電解KOH溶液實質上是電解水，根據溶液中OH-的濃度與溶液的pH關系分析判斷；

(4)若電解一段時間，A、B中均有氣體包圍電極，此時切斷K2、K3，閉合K1，A、B中形成的氫氧燃料電池，依據原電池原理分析判斷。

(1)切斷K1，合閉K2、K3通直流電，電極A、B及氫氧化鉀溶液構成電解池，根據離子的放電順序，溶液中氫離子、氫氧根離子放電，分別生成氫氣和氧氣，氫氣和氧氣的體積比為2：1，通過圖象知，B極上氣體體積是A極上氣體體積的2倍，所以B極上得H2，A極上得到O2，所以B極是陰極，A極是陽極，則a是負極，b是正極；

(2)浸有硫酸鈉的濾紙和電極C、D與電源也構成了電解池，因為a是負極，b是正極，所以C是陰極，D是陽極，電解質溶液中的陽離子K+向陰極C電極區域移動，陰離子MnO4-向陽極D區域移動，所以D極附近的溶液呈紫色；

(3)切斷K1，合閉K2、K3，電解較長一段時間，A、B中均有氣體包圍電極，電解KOH溶液，實質上是電解H2O，H2O不斷電解消耗，使得KOH的濃度逐漸增大，則溶液中c(OH-)增大，因此一段時間后溶液的pH會變大；

(4)若電解一段時間后，A、B中均有氣體包圍電極．此時切斷K2、K3，閉合K1，構成氫氧燃料電池，在燃料電池中，燃料氫氣所在的B電極為負極，失去電子，發生氧化反應，電極反應式為2H2+4OH--4e-=4H2O；氧氣所在的A電極為正極，O2獲得電子，發生還原反應，電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-。