Question

(12分)新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH₄和O₂ ，電解質(zhì)為KOH溶液。某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn)，如圖所示。

回答下列問(wèn)題：

(1)甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)分別為                 、                。

(2)閉合K開(kāi)關(guān)后，a、b電極上均有氣體產(chǎn)生．其中b電極上得到的是      ，電解氯化鈉溶液的離子反應(yīng)方程式為                 。

(3)若每個(gè)電池甲烷通入量為1 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，且反應(yīng)完全，則理論上通過(guò)電解池的電量為         （法拉第常數(shù)F=9.65×l0⁴C · mol^-1列式計(jì)算)，最多能產(chǎn)生的氯氣體積為    L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

 

Answer 1

【答案】

(1) 正極：O₂ + 2H₂O + 4e^- = 4OH^-    負(fù)極：CH₄ -8e^- + 10OH^- = CO₃^2- + 7H₂O

(2)H₂   2Cl^-+2H₂O2OH^-+H₂↑+Cl₂↑     （3）3.45×10⁴C    4L

【解析】（1）原電池中負(fù)極失去電子，正極得到電子，所以甲烷在負(fù)極通入，氧氣在正極通入。又因?yàn)殡娊赓|(zhì)是氫氧化鉀，所以正負(fù)極的電極反應(yīng)式分別是正極：O₂ + 2H₂O + 4e^- = 4OH^-    負(fù)極：CH₄ -8e^- + 10OH^- = CO₃^2- + 7H₂O。

（2）a電極和電源的正極相連，作陽(yáng)極，氯離子放電，生成氯氣；b電極和電源的負(fù)極相連，作陰極，溶液中的氫離子放電，生成氫氣，所以總反應(yīng)式為2Cl^-+2H₂O2OH^-+H₂↑+Cl₂↑ 。

（3）甲烷共計(jì)是1L，物質(zhì)的量是，轉(zhuǎn)移電子是，所以根據(jù)電子的得失守恒可知，生成氯氣是。通過(guò)的電量是

。

22. 已知反應(yīng)：FeO（s）＋CO（g） ＝ Fe（s）＋CO₂（g） 的K_c＝0.5（1273K）。若起始濃度c（CO）＝0.05 mol/L，c（CO₂）＝0.01 mol·L^－1，請(qǐng)回答：

（1）判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向并計(jì)算反應(yīng)物、生成物的平衡濃度。

（2）CO的轉(zhuǎn)化率是多少？

（3）增加FeO的量，對(duì)平衡有無(wú)影響？

【答案】（1）正方向進(jìn)行  [CO]：0.04mol/L    [CO₂]0.02 mol/L    （2）20%      （3）無(wú)影響

【解析】（1）此時(shí)＜0.5，所以反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

設(shè)平衡時(shí)生成CO₂的濃度是x，則平衡時(shí)CO的濃度是（0.05－x）mol/L，CO₂的濃度是（0.01＋x）mol/L

所以有

解得x＝0.01mol/L

所以平衡時(shí)c（CO）＝0.04 mol/L，c（CO₂）＝0.02 mol·L^－1

（2）CO的轉(zhuǎn)化率是

（3）FeO是固體，改變固體的質(zhì)量，平衡不移動(dòng)。