Question

【题目】如图1所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙烧杯中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：

（1）甲烷燃料电池负极电极反应式是___________；正极电极反应式是___________________

（2）石墨(C)为__________极，其电极反应式为____________________________；乙中总反应的离子方程式为__________________________________________________

（3）若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则丙装置中阴极析出铜的质量为_________g ；

（4）若将甲装置中的甲烷换成甲醇(CH3OH),KOH溶液换成稀硫酸，则负极电极反应式为___________，消耗等量氧气时，需要甲烷与甲醇的物质的量之比为_________。

（5）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图2，该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应式为________________________________

Answer 1

【答案】CH4+10OH--8e－＝CO32-+7H2OO2+2H2O+4 e－＝4OH-阳2Cl－－2e－＝Cl2↑；2Cl－+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑12.8gCH3OH-6e－+H2O=CO2+6H+3:4NO2+NO3-－2e－ =N2O5

【解析】

（1）燃料电池中，负极上投放燃料，所以投放甲烷的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH4+10OH--8e－＝CO32-+7H2O，正极上是氧气得电子的还原反应，电极反应式为：O2+2H2O+4e－＝4OH-；

故答案为：CH4+10OH--8e－＝CO32-+7H2O；O2+2H2O+4e－＝4OH-；

（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨电极是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑，乙中总反应的离子方程式为2Cl－+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；

故答案为：阳；2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑；2Cl－+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；

（3）串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=×4=0.4mol，丙装置中阴极上析出铜，设析出铜的质量为xg，

2Cu 2++2e﹣=Cu

2mol 64g

0.4mol xg

解得x=12.8，

故答案为：12.8；

（4）在甲醇燃料电池中，负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，在酸性环境下，负极电极反应式为CH3OH-6e－+H2O=CO2+6H+；由电极反应式可知，1mol CH4转移8mol电子，1mol CH3OH转移6mol电子，根据电子守恒，当消耗等量氧气时，即转移电子的物质的量相同时，需要甲烷与甲醇的物质的量之比为=3:4，
故答案为：CH3OH-6e－+H2O=CO2+6H+；3:4；

（5）氧气在Ⅱ电极上发生还原反应，电极Ⅰ上发生氧化反应，NO2被氧化生成的氧化物只能是N2O5，电极Ⅰ上的电极反应式为：NO2+NO3-－2e－ =N2O5，

故答案为：NO2+NO3-－2e－ =N2O5。