Question

6．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，電解質為KOH溶液．某研究小組將甲烷燃料電池作為電源進行氯化鎂溶液電解實驗，電解裝置如圖所示．請回答下列問題：
（1）甲烷燃料電池負極的電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O
正極電極反應式為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-
（2）閉合開關K后，a、b電極上均有氣體產生，其中a電極上的電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂，b電極上得到的氣體是H₂．電解氯化鎂的反應方程式為：MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑
（3）若甲烷通入量為1.12L（標準狀況），且反應完全，則理論上通過電解池的電子的物質的量為0.4mol，產生的氯氣體積為4.48LL（標準狀況）．

Answer 1

分析 （1）甲烷堿性燃料電池中正極氧氣得電子被還原，負極甲烷失電子被氧化；
（2）閉合K開關后，a是陽極，b是陰極，陽極上氯離子放電，用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗氯氣，陰極上氫離子放電，同時溶液中生成氫氧化鎂；
（3）根據轉移電子守恒計算．

解答 解：（1）在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正極是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，負極是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O．
故答案為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）閉合K開關后，a是陽極，b是陰極，a極上氯離子放電生成氯氣，電極方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂，陰極上氫離子放電，同時溶液中生成氫氧化鎂沉淀，所以電池反應的方程式為MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂；H₂；MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑；
（3）若甲烷通入量為 1.12L（標準狀況），則甲烷的物質的量為$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，由CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，得轉移電子為0.4mol；
根據轉移電子守恒得氯氣的體積=0.4mol×$\frac{1}{2}$×22.4L/mol=4.48L，
故答案為：0.4mol；4.48L．

點評 本題綜合考查原電池和電解池知識，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意把握電極方程式的書寫，為解答該類題目的關鍵，難度中等．