Question

【题目】以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：

(1)B极电极反应式为______________________。

(2)若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解硫酸铜溶液，当阳极收集到11.2L（标准状况）气体时，消耗甲烷的质量为__________g；若外电路只通过了0.06mol电子，且阴极产生气体在标准状况下的体积为224mL,要使原溶液复原，可向电解后的溶液中加入____________。

A.CuO1.60g H2O 0.18g B.Cu(OH)2 1.96g

C.Cu2(OH)2CO3 2.22g D.CuCO3 2.48g

(3)目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺，简易装置如图所示：

①若用上述甲烷燃料电池进行电解，则甲烷燃料电池的负极应该接该装置的_____（填“左”或“右”）边电极；写出阳极产生ClO2的电极反应式_________________________________。

②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112mL(标准状况下)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的数目为__________。

Answer 1

【答案】.CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 4 AC 右 Cl--5e-+2H2O=ClO2+4H+ 0.01NA

【解析】

（1）B极上是甲烷发生氧化反应，生成二氧化碳，由此书写电极反应式；

（2）电解时阳极是水电离出的氢氧根离子放电，生成氧气，由此书写电极反应式；根据整个电路转移电子的物质的量相等分析解答；电解质复原：出什么加什么，据此回答；

（3）①根据钠离子的移动方向可知a极为电解池的阳极，与电源的正极相连接，故接右边，在阳极为氯离子放电，且生成物为ClO2，由此书写电极反应式；

②H+在阴极上放电产生氢气，转移电子的物质的量n（e-）=2n（H2）=2×0.112L÷22.4L/mol=0.01mol，则在内电路中移动的电荷为0.01mol，由此分析解答。

（1）由阴离子移动方向可知B为负极，负极发生氧化反应，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，电极方程式为.CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O

故答案为：.CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O

（2）用惰性电解硫酸铜溶液时，阳极为水电离的OH-放电，电极反应式为：2H2O-4e-=4H++O2↑，当阳极产生11.2L气体时，转移的电子为11.2L÷22.4L/mol×4=2mol，由电子守恒可得甲醇的质量为2mol÷8××16g/mol=4g，在电解硫酸铜溶液的过程中，阴极析出铜，阳极析出氧气，若要使溶液复原，根据原子守恒可知应向溶液中加入CuO或CuCO3，根据计算可知答案；故答案为：4；AC；

（3）①根据钠离子的移动方向可知左边为电解池的阳极，与电源的正极相连接，故接右边，在阳极为氯离子放电，且生成物为ClO2，则电极反应为：Cl--5e-+2H2O=ClO2+4H+ ，故答案为：右边；Cl--5e-+2H2O=ClO2+4H+ ；

②H+在阴极上放电产生氢气，转移电子的物质的量n（e-）=2n（H2）=2×0.112L/22.4L/mol

=0.01mol，则在内电路中移动的电荷为0.01mol，通过阳离子交换膜的阳离子的数目为0.01NA，故答案为：0.01NA