Question

16．新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH₄和O₂，電解質(zhì)為KOH溶液．某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn)，如圖所示．

回答下列問(wèn)題：
（1）甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)分別為2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-、CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）閉合K開(kāi)關(guān)后，a、b電極上均有氣體產(chǎn)生，其中b電極上得到的是H₂，電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）若每個(gè)電池甲烷通入量為1L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則理論上通過(guò)電解池的電量為$\frac{1L}{22.4L/mol}$×8×9.65×10⁴C/mol=3.45×10⁴C（法拉第常數(shù)F=9.65×10⁴ C•mol^-1，列式計(jì)算），最多能產(chǎn)生的氯氣體積為4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

分析 （1）甲烷堿性燃料電池中正極氧氣得電子被還原，負(fù)極甲烷失電子被氧化；
（2）b連接電源的負(fù)極，應(yīng)為陰極，生成氫氣；電解氯化鈉溶液生成氫氣、氯氣和氫氧化鈉；
（3）根據(jù)關(guān)系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂計(jì)算．

解答 解：（1）在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應(yīng)式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正極是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，負(fù)極是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O．
故答案為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）b電極與通入甲烷的電極相連，作陰極，是H⁺放電，生成H₂；電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：H₂；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）根據(jù)得失電子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若每個(gè)電池甲烷通入量為1 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），生成4L Cl₂；電解池通過(guò)的電量為$\frac{1L}{22.4L/mol}$×8×9.65×l0⁴C•mol^-1=3.45×10⁴C（題中雖然有兩個(gè)燃料電池，但電子的傳遞量只能用一個(gè)池的甲烷量計(jì)算），
故答案為：$\frac{1L}{22.4L/mol}$×8×9.65×10⁴C/mol=3.45×10⁴C；4．

點(diǎn)評(píng) 本題涵蓋電解池和原電池的主體內(nèi)容，涉及電極判斷與電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)等問(wèn)題，做題時(shí)注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負(fù)極以及電極方程式的書(shū)寫(xiě)，本題中難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)為電極方程式的書(shū)寫(xiě)．