Question

15．新型高效的甲烷燃料电池采用铂作电极材料，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氣化钠溶液的电解实验，如图所示．

回答下列问题：
（1）a电极为阳极（填“阳极”或“阴极”），b电极附近溶液的pH增大（填“增大”“减小”或“不变”）．
（2）甲烷燃料电池正极的电极反应式为2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-．
（3）电解时b电极的电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑；若反应生成0.2mol Cl₂，则消耗CH₄的物质的量为0.05mol．

Answer 1

分析 甲烷碱性燃料电池中正极氧气得电子被还原，反应式为：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，负极甲烷失电子被氧化，反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，则与正极氧气相连的a极为阳极，氯离子放电生成氯气，反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，与负极甲烷相连的b极为阴极，H⁺放电，生成H₂，反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，结合关系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂分析计算．

解答 解：（1）根据以上分析，与正极氧气相连的a极为阳极，与负极甲烷相连的b极为阴极，H⁺放电，生成H₂，反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，所以b电极附近溶液的pH增大，故答案为：阳极；增大；
（2）甲烷碱性燃料电池中正极氧气得电子被还原，反应式为：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，故答案为：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-；
（3）与负极甲烷相连的b极为阴极，H⁺放电，生成H₂，反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，根据得失电子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若反应生成0.2mol Cl₂，则消耗CH₄的物质的量为0.05 mol，故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；0.05 mol．

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．