Question

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，进行饱和氧化钠辖液电解实验，如图1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．电解氯化钠溶液的总反应方程式为______ 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

Answer 1

【答案】分析：（1）燃料电池中，燃料电极为负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，氧化剂电极为正极，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（2）电解氯化钠饱和溶液时，阳极上析出氯气，阴极上析出氢气，同时溶液中生成氢氧化钠；
（3）①根据根据SO₄^2-、Ca ²⁺、Mg²⁺等易转化为沉淀而被除去，以及根据不能产生新杂质的要求排序，前面加入的过量溶液应用后加入的溶液除去，最后加入适量的溶液；
②电解饱和氯化钠溶液时，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极上有氢氧根离子生成，根据氢氧根离子浓度的变化判断溶液PH的变化；
③为增大氯气的转化率，过量的气体是氢气；氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰；
④利用HCl合成时放出的热量来产生水蒸汽，用于NaOH溶液的蒸发，这样做的优点是充分利用能量；
⑤用硝酸酸化的硝酸银溶液检验氯离子．
解答：解：（1）燃料电池中，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）电解饱和氯化钠溶液时，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时溶液中产生氢氧化钠，所以电池反应式为：2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案为：2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）①SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等分别与BaCl₂溶液、Na₂CO₃溶液、NaOH溶液反应生成沉淀，可再通过过滤除去，Na₂CO₃溶液能除去过量的BaCl₂溶液，盐酸能除去过量的Na₂CO₃溶液和NaOH溶液，所以应先加BaCl₂溶液再加氢氧化钠溶液，或者是先加氢氧化钠溶液再加氯化钡溶液，然后加Na₂CO₃溶液，最后加入盐酸，所以正确顺序为BCDA 或CBDA，
故答案为：BCDA 或CBDA；  
②电解饱和食盐水时，与电源正极相连的电极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：发生的反应为2Cl^--2e→Cl₂，阴极上氢离子得电子生成氢气，同时阴极附近生成氢氧根离子，溶液呈碱性，pH变大，
故答案为：2Cl^--2e→Cl₂，变大；
③HCl合成反应中保持过量的气体是氢气，氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰，故答案为：氢气；苍白色火焰；
④利用HCl合成时放出的热量来产生水蒸汽，用于NaOH溶液的蒸发，这样做的优点是充分利用能量，故答案为：充分利用能量；
⑤氯离子的检验方法是：加足量稀硝酸至呈酸性，然后滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则含有氯化钠，故答案为：加足量稀硝酸至呈酸性，然后滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则含有氯化钠．
点评：本题考查了原电池原理和电解池原理、除杂等知识点，难度较大，注意燃料电池中电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，即使燃料和氧化剂相同，电解质溶液不同则电极反应式也不同，为易错点．