Question

18．图中甲池是甲烷燃料电池的示意图，乙池中使用的电极材料为石墨和铁，工作一段时间后，发现M、N两个电极的质量均没有变化，请回答下列问题：

（1）乙池中M电极材料为Fe，N电极上发生的电极反应式为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；乙池中发生的电解总化学反应方程式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃
（2）甲池中通入甲烷的铂电极上发生的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）若乙池中某一电极析出金属银4.32g时，理论上甲池中应消耗氧气为0.224 L（标况下）；若此时乙池溶液的体积为400mL，则乙池中溶液的H⁺的浓度为0.1mol/L．

Answer 1

分析 酸性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，乙池为电解池，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，N连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为石墨材料，M为电解池的阴极，为铁电极，电解硝酸银溶液时，阴极反应式为Ag⁺+e^-=Ag，阳极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，结合电子的转移的物质的量进行计算．

解答 解：（1）酸性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，乙池为电解池，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，N连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为石墨材料，N为阳极，电极反应式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，M为阴极，电极材料为Fe，电极反应式为Ag⁺+e^-=Ag，发生的电解总化学反应方程式为 4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃，
故答案为：Fe；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O； 4AgNO₃+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃；
（2）甲池中通入甲烷的一极为负极，发生失电子的氧化反应，碱性环境下，电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（3）n（Ag）=$\frac{4.32g}{108g/mol}$=0.04mol，根据Ag⁺+e^-=Ag可知转移电子为0.04mol，
甲池中通入氧气的一极为正极，反应式为2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，则消耗n（O₂）=$\frac{1}{4}$×0.04mol=0.01mol，
V（O₂）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L，此时乙池发生的电解总化学反应方程式为 4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃，转移电子为0.04mol，生成硝酸是0.04mol，溶液的体积为400mL，则乙池中溶液的H⁺的浓度为$\frac{0.04mol}{0.4L}$=0.1mol/L，
故答案为：0.224；0.1mol/L．

点评 本题考查了原电池原理和电解池原理，明确原电池和电解池电极上发生反应的类型即可分析解答本题，难度不大，注意电极反应式的书写与电解质溶液的酸碱性有关．