Question

新型高效的CH₄燃烧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CH₄燃烧电池串联后作为电源，进行以下实验，如图2所示．

回答下列问题：
（1）CH₄燃料电池负极的电极反应分别为

 

．
（2）闭合K开关后，d极的现象为

 

，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1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为

 

（法拉每常数F=9.65×10⁴C?mol^-1，列式计算），最多能产生的氯气体积为

 

L（标准状况）．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）甲烷碱性燃料电池中正极氧气得电子被还原，负极甲烷失电子被氧化；
（2）d连接电源的负极，应为阴极，氢氧化铁胶粒带正电荷，在电场作用下会向阴极运动；电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠；
（3）根据关系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂计算；

解答： 解：（1）在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，所以负极是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）d连接电源的负极，应为阴极，氢氧化铁胶粒带正电荷，在电场作用下会向阴极运动，所以闭合K开关后，d极的颜色变深，电解氯化钠溶液的总反应方程式为：2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案为：颜色变深；2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）根据得失电子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若每个电池甲烷通入量为1 L（标准状况），生成4L Cl₂；电解池通过的电量为

1L

22.4L/mol

×8×9.65×l0⁴C?mol^-1=3.45×10⁴C（题中虽然有两个燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算）．
故答案为：3.45×10⁴C；4．

点评：本题涵盖电解池和原电池的主体内容，涉及电极判断与电极反应式书写等问题，做题时注意从氧化还原的角度判断原电池的正负极以及电极方程式的书写，本题中难点和易错点为电极方程式的书写．