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．某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氧化钠辖液电解实验，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）若每个电池甲烷通如量为280mL（标准状况），且反应完全，则理论上最多能产生的氯气体积为

 

mL（标准状况）．若此时盛装氯化钠溶液的U形管体积为1L，则100℃（Kw=1×10^-12）该溶液的pH=

 

．

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）b连接电源的负极，应为阴极，生成氢气，a连接正极，为阳极，阳极上生成氯气，氯气能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色；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 Cl₂～8 molOH^-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，正极是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，负极是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）b电极与通入甲烷的电极相连，作阴极，是H⁺放电，生成H₂；a连接正极，为阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，氯气能和碘离子发生置换反应生成碘单质，碘与淀粉试液变蓝色，所以检验氯气的方法是：把湿润的淀粉碘化钾试纸靠近a极，若试纸变蓝，说明得到的气体是Cl₂；
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：H₂；2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）根据关系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂ ～8 molOH^-
                 1 mol            4×22.4L      8 mol
            

280mL×10-3L/ml

22.4L/mol

      v（Cl₂）       n（OH^-）
所以v（Cl₂）=1120ml，n（OH^-）=0.1mol
所以c（OH^-）=

0.1mol

1L

=0.1mol/L，而100℃（Kw=1×10^-12），所以c（H⁺）=

1×10-12

0.1

=10^-11，
所以，pH=11，故答案为：1120；11．

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．