Question

1．新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH₄和O₂，電解質為KOH溶液．某研究小組將甲烷燃料電池作為電源，進行飽和氯化鈉溶液電解實驗，如圖所示．回答下列問題：
（1）甲烷燃料電池正極、負極的電極反應分別為2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）b電極上得到的氣體是H₂，電解氯化鈉溶液的總反應方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（3）若甲烷通入量為1L（標準狀況），且反應完全，則最多能產生的氯氣體積為4 L（標準狀況）．
（4）以甲醇（CH₃OH）為燃料的電池中，電解質溶液為酸性，則正極、負極的電極反應分別為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）甲烷堿性燃料電池中正極氧氣得電子被還原，負極甲烷失電子被氧化；
（2）b連接電源的負極，應為陰極，生成氫氣；電解氯化鈉溶液生成氫氣、氯氣和氫氧化鈉；
（3）根據關系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂計算；
（4）甲醇燃料電池，甲醇在負極失電子發生氧化反應，氧氣在正極放電，酸性條件下生成水．

解答 解：（1）在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正極是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，負極是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O．
故答案為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）b電極與通入甲烷的電極相連，作陰極，是H⁺放電，生成H₂；電解氯化鈉溶液的總反應方程式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，故答案為：H₂；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）根據得失電子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若每個電池甲烷通入量為1 L（標準狀況），生成4L Cl₂，故答案為：4；
（4）甲醇燃料電池酸性條件下該燃料電池的正極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，電池負極反應式為：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺．

點評 本題涵蓋電解池和原電池的主體內容，涉及電極判斷與電極反應式書寫等問題，做題時注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負極以及電極方程式的書寫，本題中難點和易錯點為電極方程式的書寫．