Question

1．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．某研究小组将甲烷燃料电池作为电源，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2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）b电极上得到的气体是H₂，电解氯化钠溶液的总反应方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（3）若甲烷通入量为1L（标准状况），且反应完全，则最多能产生的氯气体积为4 L（标准状况）．
（4）以甲醇（CH₃OH）为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，则正极、负极的电极反应分别为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）甲烷碱性燃料电池中正极氧气得电子被还原，负极甲烷失电子被氧化；
（2）b连接电源的负极，应为阴极，生成氢气；电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠；
（3）根据关系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂计算；
（4）甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极放电，酸性条件下生成水．

解答 解：（1）在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正极是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，负极是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O．
故答案为：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）b电极与通入甲烷的电极相连，作阴极，是H⁺放电，生成H₂；电解氯化钠溶液的总反应方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，故答案为：H₂；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）根据得失电子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若每个电池甲烷通入量为1 L（标准状况），生成4L Cl₂，故答案为：4；
（4）甲醇燃料电池酸性条件下该燃料电池的正极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，电池负极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺．

点评 本题涵盖电解池和原电池的主体内容，涉及电极判断与电极反应式书写等问题，做题时注意从氧化还原的角度判断原电池的正负极以及电极方程式的书写，本题中难点和易错点为电极方程式的书写．