Question

12．如图所示是甲烷燃料电池工作时的装置，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铜电极，工作时A、B两个电极的质量都不减少，请回答下列问题：
（1）A电极的材料是石墨，电极名称是阳极，A极的电极反应式为2Cl^--2e^-═Cl₂↑，加入甲烷的铂电极电极名称是负极，电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）乙池中总反应的离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$=Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（3）在此过程中，乙池中某一电极析出氢气0.56L（标准状况），甲池中理论上消耗氧气0.28L（标准状况下）；若此时乙池溶液的体积为500mL，假设产生的气体全部逸出，则乙池中溶液的pH为13．

Answer 1

分析 （1）碱性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A、B两个电极的质量都不减少，A连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为石墨材料，B为电解池的阴极，为铁电极，结合溶液中的离子放电顺序分析；
（2）乙池中阴极上氢离子得电子，阳极上氯离子失电子生成氯气；
（3）根据电极方程式中电子与物质之间的物质的量关系计算．

解答 解；（1）碱性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A、B两个电极的质量都不减少，A连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为石墨材料，B为电解池的阴极，为铁电极，A电极上氯离子失电子生成氯气，其电极方程式为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；加入甲烷的铂电极上甲烷失电子生成碳酸根离子和水，其电极方程式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案为：石墨；阳极；2Cl^--2e^-═Cl₂↑；负极；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）乙池中阴极上氢离子得电子，阳极上氯离子失电子生成氯气，则乙池中总反应的离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$=Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
故答案为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$=Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（3）乙池中阴极上氢离子得电子，2H⁺+2e^-═H₂↑，析出氢气0.56L（标准状况），其物质的量为$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，则转移电子为0.05mol，正极反应式为2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，则消耗的氧气为0.0125mol，其体积为0.28L；乙池中总反应的离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$=Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，根据氢气的物质的量可知，生成的氢氧根离子的物质的量为0.05mol，c（OH^-）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，所以溶液的pH=13；
故答案为：0.28L；13．

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，题目难度中等，注意电极反应式的书写与电解质溶液的酸碱性有关．