Question

某興趣小組采用如下方法制作氫氧燃料電池。

（1）如圖A所示：a、b均為多孔石墨棒（多孔石墨棒，可吸附并儲存生成的氣體），其中a與直流電源正極相連，b與直流電源負(fù)極相連，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，則a電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_________________，電解后溶液的pH____________（填“增大”、“減小”或“不變”）。　　　　　　
（2）然后如圖B所示，移走直流電源，在a、b極間連接一個發(fā)光二極管，可以看到二極管發(fā)光。此時的電流方向是______________（填“a→b”或“b→a”），b極的電極反應(yīng)式為______________________________　　　　　　　　　 _。
（3）假設(shè)a極吸收22．4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，能量轉(zhuǎn)化率為60%，則通過二極管的電子的物質(zhì)的量為______________。

Answer 1

(1)4OH^－－4e^－＝2H₂O + O₂↑（3分） 增大(2分)
(2)a→b (2分)    H₂+2OH^－－2e^－＝2H₂O（3分）    (3)2.4mol(2分)

試題分析：（1）a與直流電源正極相連，則a電極是陽極，所以溶液中的OH－放電生成氧氣，電極反應(yīng)式是4OH^－－4e^－＝2H₂O + O₂↑。惰性電極電解氫氧化鈉溶液，相當(dāng)于是電解水，所以氫氧化鈉溶液的濃度增大，pH升高。
（2）由于a電極生成氧氣，b電極生成氫氣，所以此時是氫氧燃料電池，其中a是正極，b是負(fù)極，因此電流的方向是a→b；電解質(zhì)是氫氧化鈉溶液，所以負(fù)極電極反應(yīng)式是 H₂+2OH^－－2e^－＝2H₂O。
（3）氧氣的物質(zhì)的量是1mol，在反應(yīng)中得到4mol電子，由于能量的轉(zhuǎn)化率是60％，因此通過二極管的電子的物質(zhì)的量是4mol×60％＝2.4mol。
點評：在原電池中較活潑的金屬作負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極上，所以溶液中的陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。而在電解池中陽極失去，陰極得到電子，如果是惰性電極，則陽極是溶液中的陰離子失去電子，陰極是溶液中的陽離子得到電子，據(jù)此可以判斷。