Question

3．可以將氧化還原反應2H₂+O₂═2H₂O設計成原電池．
（1）利用H₂、O₂、HCl溶液構成燃料電池，則正極的電極反應式為O₂+4H⁺+4e-=2H₂O；溶液中H⁺將移向正極．（填“正極”或“負極”）
（2）把H₂改成CH₄，KOH溶液作電解質溶液，則負極的電極反應式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，當導線中通過4mol電子時，需消耗1mol的KOH；將4mol CH₄完全與Cl₂發生取代反應，并生成等物質的量的四種氯代物，則理論上需要消耗Cl₂的物質的量為10mol．

Answer 1

分析 （1）酸性氫氧燃料電池中，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，溶液中H⁺將移向正極；
（2）堿性甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成水和碳酸根離子，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子；根據電池反應式中KOH和轉移電子之間的關系式計算；甲烷取代反應中，被取代H原子的物質的量與氯氣的物質的量相等．

解答 解：（1）酸性氫氧燃料電池中，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，正極反應為O₂+4H⁺+4e-=2H₂O，溶液中H⁺將移向正極，故答案為：O₂+4H⁺+4e-=2H₂O；正極；
（2）堿性甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成水和碳酸根離子，電極反應為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；電池反應式為CH₄+2KOH+2O₂=K₂CO₃+3H₂O，根據KOH和轉移電子之間的關系式得消耗n（KOH）=$\frac{4mol}{8}$=1mol；甲烷取代反應中，被取代H原子的物質的量與氯氣的物質的量相等，生成等物質的量的四種氯代物，則生成四種氯代物的物質的量都是1mol，消耗氯氣的物質的量=1mol×（1+2+3+4）=10mol，故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；1；10．

點評 本題考查了原電池原理及物質的量的計算，根據溶液酸堿性書寫電極反應式，注意烷烴發生取代反應時被取代氫原子與氯氣的物質的量之比，為易錯點．