Question

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)行電解飽和氯化鈉溶液實(shí)驗(yàn)，如圖所示．

回答下列問(wèn)題：
（1）閉合K開(kāi)關(guān)后，u型管中a、b電極上均有氣體產(chǎn)生，其中a極上得到的物質(zhì)是

氯氣

，在b極上放電的離子是

H⁺

，往b極處的溶液滴入酚酞試液，能觀察到

b極附近的溶液變紅

．
（2）電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)化學(xué)方程式為

2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH

；
（3）甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)分別為

O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-

、

CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O

．
（4）若每個(gè)電池甲烷通入量為2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則理論上通過(guò)電解池的電子的總物質(zhì)的量為

0.8mol

，最多能產(chǎn)生的氯氣體積為

8.96

 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

分析：（1）甲烷燃料電池中，通甲烷的一端為負(fù)極，則a與正極相連，所以a為陽(yáng)極，電解NaCl溶液時(shí)氯離子在陽(yáng)極放電，氫離子在陰極放電；
（2）以石墨為電極，電解氯化鈉溶液，生成NaOH、氫氣、氯氣；
（3）甲烷燃料電池正極上氧氣得到電子，負(fù)極上甲烷失去電子，注意電解質(zhì)為KOH；
（4）串聯(lián)電路中，轉(zhuǎn)移的電子相同，由CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O、2e^-～Cl₂↑來(lái)分析．

解答：解：（1）甲烷燃料電池中，通甲烷的一端為負(fù)極，則a與正極相連，所以a為陽(yáng)極，電解NaCl溶液時(shí)氯離子在陽(yáng)極放電，所以a上生成氯氣，H⁺在b電極（陰極）放電生成氫氣，往b極處的溶液滴入酚酞試液，能觀察到b極附近的溶液變紅，
故答案為：氯氣；H⁺；b極附近的溶液變紅；
（2）以石墨為電極，電解氯化鈉溶液，生成NaOH、氫氣、氯氣，該電解反應(yīng)為2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+
2NaOH，
故答案為：2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（3）甲烷燃料電池正極上氧氣得到電子，正極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，負(fù)極上甲烷在堿性溶液中失去電子，電極反應(yīng)為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
（4）甲烷通入量為2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），其物質(zhì)的量為

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，串聯(lián)電路中，轉(zhuǎn)移的電子相同，
由CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O可知，0.1mol甲烷反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.8mol電子，
則電解氯化鈉溶液時(shí)由2e^-～Cl₂↑可知，轉(zhuǎn)移0.8mol電子生成0.4molCl₂，其標(biāo)況下的體積為0.4mol×22.4L/mol=8.96L，故答案為：0.8mol；8.96．

點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池和電解池，明確堿性溶液中發(fā)生的電極反應(yīng)及發(fā)生的電解反應(yīng)是解答本題的關(guān)鍵，注意串聯(lián)時(shí)轉(zhuǎn)移電子相等，題目難度中等．