Question

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的电解实验，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____________、

______________；

(2)闭合开关K后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是__________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为__________；

(3)若每个电池的甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F＝9.65×10⁴ C·mol^－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为__________ L(标准状况)．

Answer 1

答案　(1)2O₂＋4H₂O＋8e^－===8OH^－，

CH₄＋10OH^－－8e^－===CO＋7H₂O

(2)H₂

2NaCl＋2H₂O2NaOH＋H₂↑＋Cl₂↑

(3)×8×9.65×10⁴ C·mol^－1＝3.45×10⁴ C　4

解析　本题考查了原电池、电解池的工作原理。(1)根据题意该燃料电池的总反应式为CH₄＋2O₂＋2OH^－===CO＋3H₂O，正极反应式为2O₂＋4H₂O＋8e^－===8OH^－，总反应式减去正极反应式，可得负极反应式为CH₄－8e^－＋10OH^－===CO＋7H₂O。

(2)三个池中前两个为串联的电源，通入CH₄的电极为负极，与其相连的电极b为电解池的阴极，产生的气体为H₂。

(3)1mol甲烷发生反应失去8mol电子。在串联电路中各电极转移电子数相等，故计算电子传递的电量，应用一个燃料电池的甲烷量计算，故理论上通过的电量为×8×96500 C·mol^－1＝3.45×10⁴ C。甲烷的失电子数是等物质的量的Cl^－失电子数的8倍，计算可得Cl₂ 4 L(标准状况)。