Question

11．如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图．M、N两电极的质量相同，其中一个为银电极一个为铁电极．
（1）写出通入甲烷的铂电极上的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）若一段时间后M与N两电极的总质量不变，则N电极是Ag．此时两电极质量差为5.4g，甲池中理论上消耗氧气140mL（标准状况）
（3）若一段时间后M与N两电极的总质量增加4g，N电极质量变化为1.4克．

Answer 1

分析 碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，乙池为电解池，乙池中的两个电极一个是Ag电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，N连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为Ag，M为电解池的阴极，为铁电极，电解硝酸银溶液时，阴极反应式为Ag⁺+e^-=Ag；一段时间后M与N两电极的总质量增加4g，Fe为阳极，Ag为阴极，结合电子的转移的物质的量的进行计算．

解答 解：碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极，负极上甲烷失电子发生氧化反应，电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，通入氧气的一极为原电池的正极，乙池为电解池，乙池中的两个电极一个是Ag电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，N连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为Ag，N为阳极，电极反应式是Ag-e^-=Ag⁺，M为阴极，电极材料是Fe，电极反应式为Ag⁺+e^-=Ag，则乙池的总反应式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag↓+O₂↑+4HNO₃，
（1）通入甲烷的铂电极上的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）一段时间后M与N两电极的总质量不变，Ag为阳极，Fe为阴极，此时两电极质量差为5.4g，n（Ag）=$\frac{5.4g}{108g/mol}$=0.05mol，阳极Ag溶解，阴极Ag析出，根据Ag⁺+e^-=Ag可知转移电子为0.025mol，甲池中通入氧气的一极为正极，反应式为2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，则消耗n（O₂）=$\frac{1}{4}$×0.025mol=0.00625mol，
V（O₂）=0.00625mol×22.4L/mol=0.14L=140mL，
故答案为：Ag；140；
（3）一段时间后M与N两电极的总质量增加4g，Fe为阳极，Ag为阴极，由Fe+2Ag⁺=Fe²⁺+2Ag可知，
Fe+2Ag⁺=Fe²⁺+2Ag△m
56           216  160
x                  4g
x=$\frac{56×4g}{160}$=1.4g，
故答案为：1.4．

点评 本题考查了原电池原理和电解池原理，为高频考点，把握原电池和电解池电极上发生反应的类型为解答的关键，题目难度不大，注意电极判断及电极反应式的．