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，进行饱和氯化钠溶液的电解实验，如图所示。

回答下列问题：

（1）甲烷燃料电池正极的电极反应式为 　 　 　　　　 　　、负极的电极反应式为 　 　　。

（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　　　　　　　　　　　　　　　　　 ；若电解一段时间后，石墨棒上产生标准状况下的Cl2 224 mL，电解后的溶液总体积为200 mL，则溶液的pH = 。

（3）若每个电池甲烷通入量为 1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为　　　　　　　　 　　　　（法拉第常数F = 9．65×l04C· mol-1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为　　 　　L (标准状况)。

 

Answer 1

（1）2O2＋8e－＋4H2O = 8OH－，CH4－8e－＋10OH－= CO32－＋7H2O（各2分）

（2）H2（1分）　 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑（1分） 13（1分）

（3）×8×9．65× 104C·mol－1＝3．45× 104C　 　 4（各2分）

【解析】

试题分析：甲烷燃料电池中燃料甲烷作负极，氧气作正极，电解质溶液为碱性，负极失电子发生氧化反应，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－= CO32－＋7H2O，正极得电子发生还原反应，电极反应式为2O2＋8e－＋4H2O = 8OH－，a极是阳极，b极是阴极，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阴极产物有氢气和NaOH，阳极产物是氯气，产生氯气0．01摩尔，有方程式可知，NaOH的物质的量为0．02摩尔，C(OH-)=0．1mol/L，pH =13；若每个电池甲烷通入量为 1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量，1摩尔甲烷转移8摩尔电子，因此×8×9．65× 104C·mol－1＝3．45× 104C　，生成1摩尔氯气需要转移2摩尔电子，因此，1升甲烷最多可以制的4升氯气。

考点：考查原电池和电解池