Question

10．将CH₄设计成燃料电池，装置如图所示（A、B为多孔碳棒）
（1）B（填A或B）处电极入口通甲烷，其电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）当消耗甲烷的体积为11.2 L（标准状况下）时，则消耗KOH的物质的量为1mol．
（3）以NH₃代替氢气研发燃料电池是当前科研的一个热点．使用的电解质溶液是2mol•L^-1的KOH溶液，电池总反应为：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O．该电池负极的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；每消耗3.4gNH₃转移的电子数目为0.6N_A．

Answer 1

分析 （1）通燃料的一极是负极发生氧化反应，失电子，电子流出，所以B是处电极入口通甲烷，发生氧化反应，电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）根据甲烷和转移电子、氢氧化钾之间的关系式计算；
（3）依据化学方程式分析氨气化合价变化，判断发生氧化反应的物质是氨气，原电池中在负极失电子，正极上氧气得到电子生成氢氧根离子；结合化学方程式和电子转移总数计算每消耗3.4g NH₃转移的电子数；

解答 解：（1）通燃料的一极是负极发生氧化反应，失电子，电子流出，所以B是处电极入口通甲烷，发生氧化反应，电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案为：B；CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）根据CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O知，消耗KOH的物质的量为甲烷物质的量的2倍，所以消耗氢氧化钾的物质的量是$\frac{11.2}{22.4}$×2=1mol，故答案为：1mol；
（3）电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．该电池负极是氨气失电子生成氮气，反应的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，反应中2mol氨气反应电子转移6mol电子，每消耗3.4g NH₃物质的量=$\frac{3.4g}{17g/mol}$=0.2mol，转移的电子数为0.6N_A；
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，0.6N_A．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，根据元素化合价变化确定氧化性强弱，根据方程式中各个物理量之间的关系式进行计算，题目难度不大．