Question

(12分)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                 、                。

(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      ，电解氯化钠溶液的离子反应方程式为                 。

(3)若每个电池甲烷通入量为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×l0⁴C · 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) 正极：O₂ + 2H₂O + 4e^- = 4OH^-    负极：CH₄ -8e^- + 10OH^- = CO₃^2- + 7H₂O

(2)H₂   2Cl^-+2H₂O2OH^-+H₂↑+Cl₂↑     （3）3.45×10⁴C    4L

【解析】（1）原电池中负极失去电子，正极得到电子，所以甲烷在负极通入，氧气在正极通入。又因为电解质是氢氧化钾，所以正负极的电极反应式分别是正极：O₂ + 2H₂O + 4e^- = 4OH^-    负极：CH₄ -8e^- + 10OH^- = CO₃^2- + 7H₂O。

（2）a电极和电源的正极相连，作阳极，氯离子放电，生成氯气；b电极和电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电，生成氢气，所以总反应式为2Cl^-+2H₂O2OH^-+H₂↑+Cl₂↑ 。

（3）甲烷共计是1L，物质的量是，转移电子是，所以根据电子的得失守恒可知，生成氯气是。通过的电量是

。

22. 已知反应：FeO（s）＋CO（g） ＝ Fe（s）＋CO₂（g） 的K_c＝0.5（1273K）。若起始浓度c（CO）＝0.05 mol/L，c（CO₂）＝0.01 mol·L^－1，请回答：

（1）判断化学反应进行的方向并计算反应物、生成物的平衡浓度。

（2）CO的转化率是多少？

（3）增加FeO的量，对平衡有无影响？

【答案】（1）正方向进行  [CO]：0.04mol/L    [CO₂]0.02 mol/L    （2）20%      （3）无影响

【解析】（1）此时＜0.5，所以反应向正反应方向移动。

设平衡时生成CO₂的浓度是x，则平衡时CO的浓度是（0.05－x）mol/L，CO₂的浓度是（0.01＋x）mol/L

所以有

解得x＝0.01mol/L

所以平衡时c（CO）＝0.04 mol/L，c（CO₂）＝0.02 mol·L^－1

（2）CO的转化率是

（3）FeO是固体，改变固体的质量，平衡不移动。