Question

（2012?海南）新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH₄和O₂，电解质为KOH溶液．某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示．

回答下列问题：
（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为

2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-

、

CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O

．
（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是

H₂

，电解氯化钠溶液的总反应方程式为

2NaCl+2H₂O

通电  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

；
（3）若每个电池甲烷通如量为1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为

1L

22.4L/mol

×8×9.65×10⁴C/mol=3.45×10⁴C

（法拉第常数F=9.65×l0⁴C?mol^-1列式计算），最多能产生的氯气体积为

4

L（标准状况）．

Answer 1

分析：（1）甲烷碱性燃料电池中正极氧气得电子被还原，负极甲烷失电子被氧化；
（2）b连接电源的负极，应为阴极，生成氢气；电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠；
（3）根据关系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂计算．

解答：解：（1）在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正极是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，负极是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O．
故答案为：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）b电极与通入甲烷的电极相连，作阴极，是H⁺放电，生成H₂；电解氯化钠溶液的总反应方程式为：2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑故答案为：H₂；2NaCl+2H₂O

通电  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）根据得失电子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若每个电池甲烷通入量为1 L（标准状况），生成4L Cl₂；电解池通过的电量为

1L

22.4L/mol

×8×9.65×l0⁴C?mol^-1=3.45×10⁴C（题中虽然有两个燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算）．故答案为：

1L

22.4L/mol

×8×9.65×10⁴C/mol=3.45×10⁴C；4．

点评：本题涵盖电解池和原电池的主体内容，涉及电极判断与电极反应式书写等问题，做题时注意从氧化还原的角度判断原电池的正负极以及电极方程式的书写，本题中难点和易错点为电极方程式的书写．