Question

某實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，回答下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的問題．
（1）該實(shí)驗(yàn)所用的石墨棒須經(jīng)過預(yù)處理；先經(jīng)高溫火焰灼燒到紅熱，再迅速浸入冷水中．這種預(yù)處理的目的是：

 

．
（2）要使發(fā)光二極管發(fā)亮，實(shí)驗(yàn)時(shí)的操作順序是：先

 

電解一段時(shí)間后，

 

．
（3）在實(shí)驗(yàn)的全過程中能量的主要轉(zhuǎn)化形式是

 

（4）寫出下列兩種操作時(shí)的電極反應(yīng)式，并注明電極名稱：
①按下開關(guān)S₁一段時(shí)間后：C₁

 

，

 

．
②斷開開關(guān)S₁，迅速按下開關(guān)S₂：（提示：此時(shí)C₁附近溶液顯堿性，C₂附近溶液顯酸性）
C₂

 

，

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)制得的石墨的結(jié)構(gòu)判斷；
（2）根據(jù)原電池原理分析；
（3）開始時(shí)屬于電解池，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，后來屬于原電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
（4）①按下開關(guān)S₁時(shí)，該裝置為電解池，C₁與外接電源的負(fù)極相連為陰極，陰極上陽離子得電子；
②斷開開關(guān)S₁，迅速按下開關(guān)S₂，兩電極上分別有氫氣、氧氣，所以該裝置形成燃料原電池，C₂上有氧氣為正極，正極上氧氣得電子生成水．

解答： 解：（1）如果石墨棒表面光滑，生成的氣體在電極上無法保存，所以不能形成燃料電池，這樣處理的石墨表面變得粗糙，且具有吸附性，使生成的氣體在石墨棒上保存，為下一步實(shí)驗(yàn)作基礎(chǔ)；
故答案為：使石墨棒表面變得粗糙，有利于吸附氣體；
（2）要使發(fā)光二極管發(fā)亮，必須有電流通過，當(dāng)打開S₁、關(guān)閉S₂時(shí)，電極和電解質(zhì)溶液之間不能形成原電池，所以無電流通過；
關(guān)閉S₁，該裝置形成電解池，電解一段時(shí)間后，陰極上有氫氣生成，陽極上有氧氣生成，且處理過的石墨棒有吸附性，所以兩極上存在氣體；
打開S₁，關(guān)閉S₂，兩電極上分別有氫氣、氧氣，所以該裝置形成燃料原電池，有電流通過二極管，所以二極管發(fā)亮．
故答案為：關(guān)閉S₁；電解一段時(shí)間后，打開S₁，關(guān)閉S₂；
（3）開始時(shí)屬于電解池，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，后來屬于原電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，則在實(shí)驗(yàn)的全過程中能量的主要轉(zhuǎn)化形式是：電能→化學(xué)能→電能；
故答案為：電能→化學(xué)能→電能；
（4）①按下開關(guān)S₁時(shí)，該裝置為電解池，C₁與外接電源的負(fù)極相連為陰極，陰極上陽離子得電子，即氫離子得電子生成氫氣，其電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
故答案為：陰極；2H⁺+2e^-=H₂↑；
②斷開開關(guān)S₁，迅速按下開關(guān)S₂，兩電極上分別有氫氣、氧氣，所以該裝置形成燃料原電池，C₂上有氧氣為正極，正極上氧氣得電子生成水．
打開S₁，關(guān)閉S₂，兩電極上分別有氫氣、氧氣，所以該裝置形成燃料原電池，C₂上有氧氣為燃料電池的正極，正極上氧氣得電子生成水，其電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e-=2H₂O；
故答案為：正極；O₂+4H⁺+4e-=2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池和電解池原理，解本題的難點(diǎn)是如何形成原電池產(chǎn)生電流使二極管發(fā)亮，同時(shí)考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力，題目難度中等．