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．某研究小组用甲烷燃料电池作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示：
回答下列问题：
（1）甲烷燃料电池负极的电极反应为

 

；
（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

 

，电解氯化钠溶液的总反应方程式为

 

；
（3）若电池中甲烷通入量为0.1mol，且反应完全，则理论上最多能产生的氯气体积为

 

L（标准状况）．
（4）CH₄（g）在O₂（g）中燃烧生成CO（g）和H₂O（g）的△H难以直接测量，原因是

 

．
已知：a.2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
b．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.0kJ/mol
则CH₄（g）在O₂（g）中燃烧生成CO（g）和H₂O（g）的热化学方程式为：

 

．

Answer 1

考点：电解原理,用盖斯定律进行有关反应热的计算

专题：

分析：（1）甲烷燃料电池中，负极上甲烷失电子发生氧化反应；
（2）闭合K开关后，a是阳极，b是阴极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电，同时溶液中生成氢氧化钠；
（3）根据转移电子守恒计算生成氯气的体积；
（4）一氧化碳是可燃气体，甲烷燃烧生成一氧化碳的反应不易控制；依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式．

解答： 解：（1）甲烷燃料电池中，负极上甲烷失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案为：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）闭合K开关后，a是阳极，b是阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电，同时溶液中生成氢氧化钠，所以电池反应式为：2NaCl+2H₂O

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，
故答案为：氯气；2NaCl+2H₂O

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（3）根据转移电子守恒得氯气的体积=

0.1×8

2

×22.4=8.96L，故答案为：8.96；
（4）CH₄（g）在O₂（g）中燃烧生成CO（g）和H₂O（g）的△H难以直接测量的原因是甲烷燃烧生成一氧化碳的反应不易控制，无法准确测定；
a．2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
b．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.0kJ?mol^-1
依据热方程式和盖斯定律计算：b×2-a得到，CH₄（g）在O₂（g）中燃烧生成CO（g）和H₂O（g）的热化学方程式为2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g）△H=-1214.0KJ/mol，
故答案为：难以控制反应只生成CO；2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g）△H=-1214.0 kJ/mol．

点评：本题考查原电池和电解池热化学方程式和盖斯定律的计算应用，明确碱性溶液中发生的电极反应及发生的电解反应是解答本题的关键，注意串联时转移电子相等，题目难度中等．