Question

10．如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少；甲池中发生的反应为：CH₄+2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O．回答下列问题：
（1）M电极材料是铁，N电极的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，通入甲烷的铂电极上发生的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）在此过程中，乙池中某一电极析出金属银4.32g时，甲池中理论上消耗标准状况下的氧气体积为0.224L；若此时乙池溶液的体积为400mL，则乙池溶液中的H⁺的物质的量浓度为0.1mol/L．

Answer 1

分析 （1）碱性乙醇电池为原电池，通入乙醇的电极是负极，通入氧气的电极是正极，乙池有外接电源，属于电解池，根据图片知，N是阳极，M是阴极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，则M电极是铁，N电极是石墨，根据燃料电池和电解池的工作原理回答；
（2）电解硝酸银溶液时，阴极反应式为Ag⁺+e^-=Ag，阳极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，结合电子的转移的物质的量的判断进行计算．

解答 解：（1）碱性乙醇电池为原电池，通入乙醇的电极是负极，通入氧气的电极是正极，乙池有外接电源，属于电解池，根据图片知，N是阳极，M是阴极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，则M电极是铁，N电极是石墨，通过以上分析知，M是阴极，N极是阳极，N上电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，甲烷是燃料电池的负极，发生失电子的氧化反应，碱性环境下，电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案为：铁；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）n（Ag）=$\frac{4.32g}{108g/mol}$=0.04mol，根据Ag⁺+e^-=Ag可知转移电子为0.04mol，甲池中通入氧气的一极为正极，反应式为2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，则消耗n（O₂）=$\frac{1}{4}$×0.04mol=0.01mol，V（O₂）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L；乙池中某一电极析出金属银4.32g时，同时产生氢离子的物质的量是0.04mol，则其浓度是0.1mol/L，故答案为：0.224，0.1mol/L．

点评 本题考查了原电池原理和电解池原理，明确原电池和电解池电极上发生反应的类型即可分析解答本题，难度不大，注意电极反应式的书写与电解质溶液的酸碱性有关．