Question

11．如圖是一個(gè)甲烷燃料電池工作時(shí)的示意圖，乙池中的兩個(gè)電極一個(gè)是石墨電極，一個(gè)是鐵電極，工作時(shí)，M、N兩個(gè)電極的質(zhì)量都不減少，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）乙池的名稱：乙池是電解池裝置．其中N電極的材料是石墨，其電極名稱是陽(yáng)極．
（2）乙池的總反應(yīng)化學(xué)方程式是4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag+4HNO₃+O₂↑．
（3）甲池通入甲烷（CH₄）的Pt電極的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O．
（4）在此過(guò)程中，當(dāng)乙池中某一電極析出金屬2.16g 時(shí)，甲池中理論上消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷的體積為56mL，若此時(shí)乙池溶液的體積為400mL，則乙池中H⁺的物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L．

Answer 1

分析 （1）堿性甲池為原電池，通入甲烷的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極，乙池有外接電源，屬于電解池，根據(jù)圖片知，工作時(shí)N電極與正極相連，作陽(yáng)極，由于M、N兩個(gè)電極的質(zhì)量都不減少，則活性電極鐵只能作陰極，所以N為石墨；
（2）乙池為電解硝酸銀溶液，電極不參加反應(yīng)，分別是溶液中銀離子放電、氫氧根放電；
（3）燃料電池的負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
（4）電解硝酸銀溶液時(shí)，陰極反應(yīng)式為Ag⁺+e^-=Ag，結(jié)合電子的轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量的判斷進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）堿性甲池為原電池，通入甲烷的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極，乙池有外接電源，屬于電解池，根據(jù)圖片知，工作時(shí)N電極與正極相連，作陽(yáng)極，由于M、N兩個(gè)電極的質(zhì)量都不減少，則活性電極鐵只能作陰極，所以N為石墨，
故答案為：電解池；石墨；陽(yáng)極；
（2）乙池為電解硝酸銀溶液，電極不參加反應(yīng)，溶液中銀離子放電產(chǎn)生銀，水提供的氫氧根放電產(chǎn)生氧氣，溶液中氫離子濃度增加，生成酸，
總反應(yīng)式為：4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag+4HNO₃+O₂↑，
故答案為：4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag+4HNO₃+O₂↑；
（3）甲烷是燃料電池的負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，堿性環(huán)境下，電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（4）n（Ag）=$\frac{2.16g}{108g/mol}$=0.02mol，根據(jù)Ag⁺+e^-=Ag可知轉(zhuǎn)移電子為0.02mol，甲池中通入甲烷的一極為負(fù)極，反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，則消耗n（CH₄）=$\frac{0.02mol}{8}$，V（CH₄）=$\frac{0.02}{8}$mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，根據(jù)乙池反應(yīng)關(guān)系：4Ag～4e^-～4HNO₃，轉(zhuǎn)移0.02mol電子，產(chǎn)生氫離子為0.02mol，若此時(shí)乙池溶液的體積為400mL，則乙池中H⁺的物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.02mol}{0.4L}$=0.05mol/L，
故答案為：56；0.05mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池原理和電解池原理，明確原電池和電解池電極上發(fā)生反應(yīng)的類型即可分析解答本題，難度不大，注意電極反應(yīng)式的書寫與電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān)．