Question

（12分）新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH₄和O₂，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示：

回答下列问题：

（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为                 、                ；

（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是             ，电解氯化钠溶液的化学方程式为                                               ；

（3）若每个电池甲烷通入量为1L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为

                (已知N_A＝6.02×10²³mol^－1，电子电荷为1.60×10^－19C，列式表示即可)，最多能产生的氯气体积为       L(标准状况）。

 

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）原电池中负极失去电子，正极得到电子，所以甲烷在负极通入，氧气在正极通入，方程式为CH₄＋10OH^－－8e^－= CO₃^2－＋7H₂O、2O₂ + 4H₂O +8e^－= 8OH^－。

（2）闭合K开关后，b电极和电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电，生成氢气。电解氯化钠溶液的方程式为2NaCl＋2H₂O  2NaOH＋H₂↑＋Cl₂↑。

（3）甲烷在反应中失去8个电子，所以电解池的电量为 ×8×6.02×10²³mol^-1×1.60×10^－19C。根据电子得失守恒可知，氯气的体积是 ×8÷2×22.4L/mol＝4L。