Question

15．合理利用碳氢化合物以及二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一．
（1）将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意如图（A、B为多孔性碳棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积0＜V＜44.8L时，负极电极反应 为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）若以该燃料电池作为电源，用石墨作电极电解500mL 饱和食盐水，当两极共收集到标准状况下的气体1.12L（以不考虑气体的溶解）时，所得溶液的pH=13（假设反应前后溶液体积不变）．

Answer 1

分析 （1）甲烷燃料碱性电池中，负极上甲烷失电子和KOH反应生成碳酸钾和水；
（2）用石墨电解饱和食盐水时电池反应式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，如果两个电极上共收集到标况下的1.12L气体，则每个电极上得到气体物质的量=$\frac{\frac{1.12L}{22.4L/mol}}{2}$=0.025mol，根据氢气和NaOH之间的关系式得n（NaOH）=2n（H₂）=2×0.025mol=0.05mol，c（NaOH）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$mol/L=10^-13 mol/L，pH=-lgc（H⁺）．

解答 解：（1）甲烷燃料碱性电池中，负极上甲烷失电子和KOH反应生成碳酸钾和水，则负极电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）用石墨电解饱和食盐水时电池反应式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，如果两个电极上共收集到标况下的1.12L气体，则每个电极上得到气体物质的量=$\frac{\frac{1.12L}{22.4L/mol}}{2}$=0.025mol，根据氢气和NaOH之间的关系式得n（NaOH）=2n（H₂）=2×0.025mol=0.05mol，c（NaOH）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$mol/L=10^-13 mol/L，pH=-lgc（H⁺）=-lg10^-13=13，
故答案为：13．

点评 本题考查原电池和电解池原理，为高频考点，侧重考查电极反应式的书写及基本计算，明确各个电极上发生的反应及各个物理量之间的关系是解本题关键，注意电极反应式的书写要结合电解质溶液酸碱性书写，题目难度不大．