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(16分)新型高效的甲醇燃料電池采用鉑為電極材料,兩電極上分別通入CH3OH和O2 ,電解質為KOH溶液。某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源,進行飽和氯化鈉溶液電解實驗,如圖所示。

回答下列問題:

①甲醇燃料電池正極、負極的電極反應分別為___________________、_________________。

②閉合K開關后,a、b電極上均有氣體產生,其中a電極上得到的是___________________,電解氯化鈉溶液的總反應方程式為____________________________________________。

③若每個電池甲醇用量為3.2g,且反應完全,則理論上通過電解池的電量為__________(法拉第常數F=9.65×104 C · mol-1列式計算),最多能產生的氯氣體積為________L(標準狀況)。

④若用該裝置中的電解池精煉銅,在粗銅的電解過程中,粗銅板應是圖中電極________(填“a”或“b”);在電極b上發(fā)生的電極反應式為____________________________________。

 

①3O2+12e-+6H2O=12OH- 2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O

②Cl2 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

×6×9.65×104 C·mol-1=5.79×104 C 6.72L ④ a Cu2+-2e-=Cu

【解析】

試題分析:(1)甲烷燃料電池中,通甲烷的一端為負極,發(fā)生氧化反應,即3O2+12e-+6H2O=12OH-;氧氣在正極通入發(fā)生還原反應,即2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O。

(2)a與正極相連,所以a為陽極,溶液中的氯離子在陽極放電生成氯氣,所以a上生成氯氣。H+在b電極(陰極)放電生成氫氣,同時生成NaOH,電解的總反應式 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。

(3)3.2g甲醇的物質的量是0.1mol,在反應中碳元素的化合價從-2價升高到+4價失去6個電子,則共計失去6mol電子,因此理論上通過電解池的電量為×6×9.65×104 C·mol-1=5.79×104 C;每產生1mol氯氣轉移2mol電子,則共計產生0.3mol氯氣,在標準狀況下的體積為0.3mol×22.4L/mol=6.72L。

(4)粗銅精煉時,粗銅與電源的正極相連,作陽極,因此粗銅板應是圖中的a電極。電極b連接純銅,溶液中的銅離子在陰極放電,則發(fā)生的電極反應式為Cu2+-2e-=Cu。

考點:考查電化學原理的應用

 

練習冊系列答案
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