Question

【题目】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a电极上得到的是_________（填化学式），电解氯化钠溶液的总反应方程式为___________________；

（3）若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上最多能产生的氯气体积为____________L(标准状况)；

（4）若饱和氯化钠溶液体积为100mL，电解一段时间后，常温下测得溶液pH为13，若要使溶液恢复到电解前的状态，可向溶液中加（或通）入__________（填写物质的化学式）_________g。

Answer 1

【答案】 CH4＋10OH－－8e—＝＋7H2O Cl2 4 HCl 0.365

【解析】本题考查电极反应式的书写，电解原理以及电化学计算，（1）根据原电池的工作原理，通甲烷的一极为负极，通氧气一极为正极，因为电解质为KOH，因此正极反应式O2＋2H2O＋4e－=4OH－，负极反应式为CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O；（2）a连接通氧气一极，即a为阳极，根据电解原理，a电极反应式为2Cl－2e－=Cl2↑，即a极上得到Cl2；a、b电极为惰性电极，因此电解氯化钠的方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；（3）两个燃料电池是串联，通过电子物质的量相等，依据电极反应式，建立关系式为CH4～8e－～4Cl2，产生氯气物质的量为4/22.4mol，即氯气体积为4L；（4）根据电解食盐水的总反应式，产生的是NaOH、H2、Cl2，因此恢复到电解前的状态，加入物质是HCl，溶液的pH=13，溶液中c(OH－)=Kw/c(H＋)=10－14/10－13mol·L－1=10－1mol·L－1，即n(OH－)=100×10－3×10－1mol=0.01mol，需要通入HCl的质量为0.01×2×36.5/2g=0.365g。