Question

(12分)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。某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源，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                 、                。

(2)閉合K開關后，a、b電極上均有氣體產生．其中b電極上得到的是      ，電解氯化鈉溶液的離子反應方程式為                 。

(3)若每個電池甲烷通入量為1 L(標準狀況)，且反應完全，則理論上通過電解池的電量為         （法拉第常數F=9.65×l0⁴C · mol^-1列式計算)，最多能產生的氯氣體積為    L(標準狀況)。

 

Answer 1

【答案】

(1) 正極：O₂ + 2H₂O + 4e^- = 4OH^-    負極：CH₄ -8e^- + 10OH^- = CO₃^2- + 7H₂O

(2)H₂   2Cl^-+2H₂O2OH^-+H₂↑+Cl₂↑     （3）3.45×10⁴C    4L

【解析】（1）原電池中負極失去電子，正極得到電子，所以甲烷在負極通入，氧氣在正極通入。又因為電解質是氫氧化鉀，所以正負極的電極反應式分別是正極：O₂ + 2H₂O + 4e^- = 4OH^-    負極：CH₄ -8e^- + 10OH^- = CO₃^2- + 7H₂O。

（2）a電極和電源的正極相連，作陽極，氯離子放電，生成氯氣；b電極和電源的負極相連，作陰極，溶液中的氫離子放電，生成氫氣，所以總反應式為2Cl^-+2H₂O2OH^-+H₂↑+Cl₂↑ 。

（3）甲烷共計是1L，物質的量是，轉移電子是，所以根據電子的得失守恒可知，生成氯氣是。通過的電量是

。

22. 已知反應：FeO（s）＋CO（g） ＝ Fe（s）＋CO₂（g） 的K_c＝0.5（1273K）。若起始濃度c（CO）＝0.05 mol/L，c（CO₂）＝0.01 mol·L^－1，請回答：

（1）判斷化學反應進行的方向并計算反應物、生成物的平衡濃度。

（2）CO的轉化率是多少？

（3）增加FeO的量，對平衡有無影響？

【答案】（1）正方向進行  [CO]：0.04mol/L    [CO₂]0.02 mol/L    （2）20%      （3）無影響

【解析】（1）此時＜0.5，所以反應向正反應方向移動。

設平衡時生成CO₂的濃度是x，則平衡時CO的濃度是（0.05－x）mol/L，CO₂的濃度是（0.01＋x）mol/L

所以有

解得x＝0.01mol/L

所以平衡時c（CO）＝0.04 mol/L，c（CO₂）＝0.02 mol·L^－1

（2）CO的轉化率是

（3）FeO是固體，改變固體的質量，平衡不移動。