Question

燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池．氢气、烃、肼、甲醇等液体或气体，均可以作燃料电池的燃料．请回答下列问题：
（Ⅰ）以甲烷和氧气为原料，氢氧化钠溶液为电解质溶液构成电池．写出其正极电极反应式

 

；
（Ⅱ）以上述电池为电源，石墨为电极电解1L 0.1mol/L的氯化钾溶液．回答下列问题：
（1）写出电解总反应的离子方程式

 

；
（2）室温时，电解一段时间后，取25mL上述电解后溶液，滴加0.2mol/L醋酸，加入醋酸的体积与溶液的pH的关系如图所示（不考虑能量损失和气体溶于水，溶液体积变化忽略不计）．
①计算消耗标准状况下甲烷

 

mL；
②若图中的B点pH=7，则酸碱恰好完全反应的点在

 

区间（填“AB”、“BC”或“CD”）；
③AB区间溶液中各离子浓度大小关系中可能正确的是

 

；
A．c（K⁺）＞c（OH^-）＞c （CH₃COO^-）＞c（H⁺）
B．c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
C．c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）=c（OH^-）＞c（H⁺）

Answer 1

考点：化学电源新型电池,盐类水解的原理,电解原理

专题：电化学专题

分析：（Ⅰ）甲烷碱性燃料电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水才氢氧根离子；
（Ⅱ）（1）电解时，阳极上氯离子放电、阴极上氢离子放电；
（2）①溶液的pH=13，则溶液中c（OH^-）=0.1mol/L，根据氢氧根离子和转移电子之间的关系式计算；
②醋酸钾为强碱弱酸盐，其溶液呈碱性，要使混合溶液呈中性，则醋酸应该稍微过量；
③AB区间溶液呈碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），再根据溶液中的溶质及电荷守恒判断．

解答： 解：（I）甲烷燃料碱性电池中，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（II）（1）电解时，阳极上氯离子放电、阴极上氢离子放电，则电池反应式为2Cl^-+2H₂O

电解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，故答案为：2Cl^-+2H₂O

电解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
故答案为：；
（2）①根据图示，开始溶液的PH为13，所以氢氧化钾的浓度是0.1mol/L，物质的量是0.1mol，根据电解方程式：2Cl^-+2H₂O

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，转移电子的物质的量是0.1mol，根据电子守恒，转移0.1mol电子消耗标准状况下甲烷的物质的量为0.0125mol，体积为280mL，故答案为：280；
②25mL0.1mol/L的氢氧化钠和0.2mol/L醋酸恰好完全反应时，消耗醋酸的体积是12.5mL，即B点的体积值是12.5mL，此时生成的醋酸钠溶液显碱性，当溶液显中性时，则醋酸的量应该大于12.5mL，所以酸碱恰好完全反应的点处于AB之间，故答案为：AB；
③AB区间的溶液可以是加入醋酸的量很少时的点，也可以是醋酸和氢氧化钠恰好完全反应的点，还可以是醋酸稍过量，溶液仍是碱性时的点，即c（K⁺）＞c（OH^-）＞c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）（醋酸量很少）或c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）（恰好反应）或 c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）=c（OH^-）＞c（H⁺）（溶液显中性的），故选ABC．

点评：本题考查了原电池和电解池原理，根据得失电子书写甲烷燃料电极反应式，再结合转移电子相等、盐的性质及溶液酸碱性分析解答，题目难度中等．