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             ，電解氯化鈉溶液的化學(xué)方程式為                                               ；

（3）若每個(gè)電池甲烷通入量為1L(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

                (已知N_A＝6.02×10²³mol^－1，電子電荷為1.60×10^－19C，列式表示即可)，最多能產(chǎn)生的氯氣體積為       L(標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

 

Answer 1

【答案】

(1) 2O₂ + 4H₂O +8e^－= 8OH^－（2分） ，CH₄＋10OH^－－8e^－= CO₃^2－＋7H₂O（2分）

(2)H₂ （2分）  2NaCl＋2H₂O  2NaOH＋H₂↑＋Cl₂↑（2分）

(3) ×8×6.02×10²³mol^-1×1.60×10^－19C （2分）     4L（2分）

【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，方程式為CH₄＋10OH^－－8e^－= CO₃^2－＋7H₂O、2O₂ + 4H₂O +8e^－= 8OH^－。

（2）閉合K開(kāi)關(guān)后，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。電解氯化鈉溶液的方程式為2NaCl＋2H₂O  2NaOH＋H₂↑＋Cl₂↑。

（3）甲烷在反應(yīng)中失去8個(gè)電子，所以電解池的電量為 ×8×6.02×10²³mol^-1×1.60×10^－19C。根據(jù)電子得失守恒可知，氯氣的體積是 ×8÷2×22.4L/mol＝4L。