Question

4．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，进行惰性电极电解饱和氯化钠溶液实验．回答下列问题：
（1）甲烷燃料电池正极的电极反应为2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-、负极的电极反应为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子
通过．电解氯化钠溶液的离子反应方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑．
（3）精制饱和食盐水从图中a位置补充，浓氢氧化钠溶液从图中d位置流出．（选填“a”、“b”、“c”或“d”）
（4）若甲烷通入量为lL（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）．

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）电解氯化钠溶液，实质为氯离子与水反应生成氢氧根离子、氯气和氢气；
（3）电解饱和食盐时阳极阴离子Cl^-、OH^-放电，Cl^-的放电能力强于OH^-，阳极发生的方程式为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，阴极：2H⁺+2e^-═H₂↑；H₂、NaOH在阴极，NaOH溶液的出口为d，Cl₂在阳极，精制饱和食盐水从阳极进入；
（4）根据电子转移数目相等，分析解答．

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）电解氯化钠溶液，实质为氯离子与水反应生成氢氧根离子、氯气和氢气，反应的离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑，
故答案为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑；
（3）电解槽中阴极是氢离子放电生成氢气，水电离平衡正向进行氢氧根离子浓度增大，生成氢氧化钠溶液，NaOH溶液的出口为d；
Cl₂在阳极，依据装置图分析可知精制饱和食盐水从阳极进入，即进口为a，
故答案为：a，d；
（4）根据电子转移数目相等，CH₄～8e^-～4Cl₂↑，所以甲烷通入量为lL（标准状况），且反应完全，则最多能产生的氯气体积为4L，故答案为：4．

点评 本题考查了电解原理的分析，电极分析判断方法，化学方程式书写等，题目难度中等．