Question

13．如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时，M、N两个电极的质量都不减少，请回答下列问题：
（1）M电极的材料是Fe，其电极名称是阴极，N的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，乙池的总反应是4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag↓+O₂↑+4HNO₃，加入甲烷的铂电极的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）在此过程中，乙池中某一电极析出金属银4.32g 时，甲池中理论上消耗氧气为0.224L（标准状况下），若此时乙池溶液的体积为400mL，则乙池中溶液的H⁺的浓度为0.1mol/L．

Answer 1

分析 碱性甲烷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M、N两个电极的质量都不减少，N连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为石墨材料，M为电解池的阴极，为铁电极，电解硝酸银溶液时，阴极反应式为Ag⁺+e^-=Ag，阳极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，结合电子的转移的物质的量的判断进行计算．

解答 解：（1）碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极，负极上甲烷失电子发生氧化反应，电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，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M、N两个电极的质量都不减少，N连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为石墨材料，N为阳极，电极反应式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，M为阴极，电极材料是Fe，电极反应式为Ag⁺+e^-=Ag，则乙池的总反应式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag↓+O₂↑+4HNO₃，
故答案为：Fe；阴极；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag↓+O₂↑+4HNO₃；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）n（Ag）=$\frac{4.32g}{108g/mol}$=0.04mol，根据Ag⁺+e^-=Ag可知转移电子为0.04mol，甲池中通入氧气的一极为正极，反应式为2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，则消耗n（O₂）=$\frac{1}{4}$×0.04mol=0.01mol，V（O₂）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L；乙池中某一电极析出金属银4.32g时，同时产生氢离子的物质的量是0.04mol，则其浓度是0.1mol/L，
故答案为：0.224；0.1mol/L．

点评 本题考查了原电池原理和电解池原理，为高频考点，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，难度不大，注意电极反应式的书写与电解质溶液的酸碱性有关．