题目内容

(10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      ，电解氯化钠溶液的总反应方程式为                         ；
(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上最多能产生的氯气体积为      L(标准状况)。

（1）2O2+4H2O +8e—=8OH—   CH4+10OH--8e—=CO32-+ 7H2O  
（2）H2      2NaCl+2H2O2NaOH+ H2↑+ Cl2↑    （3）4

解析试题分析：（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，方程式为CH4＋10OH－－8e－= CO32－＋7H2O、2O2 + 4H2O +8e－= 8OH－。
（2）闭合K开关后，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。电解氯化钠溶液的方程式为2NaCl＋2H2O  2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
（3）一个甲烷分子参加反应失去8个电子，一个氯气分子生成得到2个电子。根据电子得失守恒可知，1L甲烷通入生成氯气4L。
考点：燃料电池和电解池
点评：在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应，据此可以进行有关的判断。

练习册系列答案
相关题目
二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型能源，是一种高效、清洁能源．
Ⅰ．工业制备二甲醚的生产流程如下：
催化反应室中（压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃）发生如下反应：
①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ/mol
（1）二甲醚也可以通过天然气和CO2合成制得，该反应的化学方程式为
3CH4+CO2→2CH3OCH3
3CH4+CO2→2CH3OCH3
．
（2）催化反应室中总反应3CO（g）+3H2（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H=
-246.1kJ/mol
-246.1kJ/mol
，830℃时反应③的K=1.0，则在催化反应室中反应③的K
＞
＞
1.0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）在温度相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒压，发生反应②，测得反应达到平衡时的有关数据如下．
容器 甲 乙 丙
反应物投入量 1mol CH3OCH3、1mol H2O 2mol CH3OH 1mol CH3OH
CH3OH的浓度（mol/L） c1 c2 c3
反应的能量变化 吸收a kJ 放出b kJ 放出c kJ
平衡时体积（L） V1 V2 V3
反应物转化率 α 1 α 2 α 3
下列说法正确的是
A、B、C
A、B、C
．（填字母序号）
A．a+2c=23.5        B．α1+α2=1        C．V1＞V3       D．c1=2c3
（4）上述生产流程中，可以循环使用的物质有
甲醇和水、CO和H2
甲醇和水、CO和H2
．
Ⅱ．用二甲醚-空气碱性（KOH）燃料电池作电源电解精炼粗铜（如图），在接通电路一段时间纯Cu质量增加3.2g．

（5）请写出燃料电池中的负极反应式：
CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
．
（6）燃料电池正极消耗标准状况下空气的体积是
2.8L
2.8L
（空气中O2体积分数以20%计算）．
二甲醚（CH3OCH3）是一种高效、清洁，具有优良环保性能的新型燃料．工业上制备二甲醚时在催化反应室中（压强2.0～10.0MPa，温度230～280℃）进行的反应为：
①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-90.7kJ?mol-1，
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-23.5kJ?mol-1，
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H3=-41.2kJ?mol-1，
（1）催化反应室中总反应3CO（g）+3H2（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H=
-246.1KJ/mol
-246.1KJ/mol
．
（2）在温度和容积不变的条件下发生反应①，能说明该反应达到化学平衡状态的依据是
ab
ab
（多选扣分）．
a．容器中压强保持不变；b．混合气体中c（CO）不变；c．v正（CO）=v逆（H2）；d．c（CH3OH）=c（CO）
（3）在2L的容器中加入amolCH3OH（g）发生反应②，达到平衡后若再加入amolCH3OH（g）重新达到平衡时，CH3OH的转化率
不变
不变
（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）850℃时在一体积为10L的容器中通入一定量的CO和H2O（g）发生反应③，CO和H2O（g）浓度变化如图所示．
①0～4min的平均反应速率υ（CO）=
0.03mol/L?min
0.03mol/L?min
．
②若温度不变，向该容器中加入4molCO、2molH2O、3molCO2（g）和3molH2（g），起始时D正
＜
＜
V逆（填“＜”、“＞”或“=”），请结合必要的计算说明理由
Qc=
0.3，mol/L×0，3mol/L
0.4mol/L×0.2mol/L
=
9
8
，K=
0.12mol/L×0.12mol/L
0.08mol/L×0.18mol/L
=1，因为Qc＞K，平衡左移，V正＜V逆
Qc=
0.3，mol/L×0，3mol/L
0.4mol/L×0.2mol/L
=
9
8
，K=
0.12mol/L×0.12mol/L
0.08mol/L×0.18mol/L
=1，因为Qc＞K，平衡左移，V正＜V逆
．
用氯气对饮用水消毒已有百年历史，但人们逐渐发现其副作用愈来愈明显：①pH的变化，对消毒能力影响大；②使饮用水中有机物发生氯代，生成上百种影响人体健康的有机氯衍生物，同时使人产生味觉、嗅觉不适感。世界环保联盟建议用另一种高效消毒剂二氧化氯（ClO2）代替氯气对饮用水消毒。ClO2具有很强的氧化性，通常状况下是黄绿色气体，水溶性是Cl2的5倍，溶于水成黄绿色的溶液，在pH为2～5范围内，在水中以分子形式存在，不水解，也不聚合。ClO2很不稳定，与空气混合后，当它的体积分数＞10%时，受强光或强振动可能发生爆炸。

完成下列问题：?

（1）氯气对饮用水消毒的原理是________。氯气的消毒能力受水的pH影响，pH小时的消毒能力________pH大时的消毒能力（填“＞”或“＜”)，其原因是________________________。?

（2）通常用氯酸钠（NaClO3）与浓盐酸反应来制取ClO2，同时生成Cl2，写出化学方程式：________________。市售的一种新型消毒剂含两种成分，分别是NaClO3和Na2C2O4。两种成分在溶液中混合便产生ClO2，写出化学方程式：________________________。?

某同学打算通过研究性学习，比较这两种制取ClO2的方法的利与弊。要拟定一个简略的研究方案，你认为应该从哪些方面进行研究？

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(10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       ，电解氯化钠溶液的总反应方程式为                          ；

(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上最多能产生的氯气体积为       L(标准状况)。

 

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