Question

14．（1）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，其原理如圖．該電池在使用過程中石墨I電極上生成氧化物Y，其電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-═N₂O₅．若生成1molY，則需要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為5.6L．
（2）一以甲醇為原料，使用酸性電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池，該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為2CH₃OH+2H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；若以甲烷代替該燃料電池中的甲醇，向外界提供相等的電量，則每代替3.2g甲醇，所需標(biāo)準(zhǔn)狀況下的甲烷的體積為1.68．

Answer 1

分析 （1）氧氣在Ⅱ電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極Ⅰ上發(fā)生還原反應(yīng)，NO₂被氧化生成的氧化物只能是N₂O₅，據(jù)電子守恒求需要氧氣的體積；
（2）總反應(yīng)式為2CH₃OH+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O，正極是還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，酸性條件下獲得電子生成水，總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式可得負(fù)極電極反應(yīng)式；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相等計算甲烷的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nVm計算．

解答 解：（1）氧氣在Ⅱ電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極Ⅰ上發(fā)生還原反應(yīng)，NO₂被氧化生成的氧化物只能是N₂O₅，電極Ⅰ上的電極反應(yīng)式為：NO₂+NO₃^--e^-═N₂O₅，生成1molN₂O₅，失去1mol電子，得到1mol電子需要0.25mol氧氣，0.25mol×22.4L/mol=5.6L，
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-═N₂O₅；5.6；
（2）總反應(yīng)式為2CH₃OH+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O，正極是還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，酸性條件下獲得電子生成水，正極電極反應(yīng)式為：3O₂+12H⁺+12e^-=6H₂O，總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式可得負(fù)極電極反應(yīng)式為：2CH₃OH+2H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，即CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，3.2g甲醇的物質(zhì)的量為0.1mol，完全燃燒轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1mol×6=0.6mol，故需要甲烷的物質(zhì)的量為$\frac{0.6}{8}$mol=0.075mol，需要甲烷的體積為0.075mol×22.4L/mol=1.68L，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；1.68．

點評 本題考查了燃料電池的工作原理以及氧化還原反應(yīng)方程式的書寫、電極反應(yīng)式書寫及電子守恒的應(yīng)用，題目難度中等．