Question

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，進行電解飽和氯化鈉溶液實驗，如圖所示．

回答下列問題：
（1）閉合K開關后，u型管中a、b電極上均有氣體產生，其中a極上得到的物質是

氯氣

，在b極上放電的離子是

H⁺

，往b極處的溶液滴入酚酞試液，能觀察到

b極附近的溶液變紅

．
（2）電解氯化鈉溶液的總反應化學方程式為

2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH

；
（3）甲烷燃料電池正極、負極的電極反應分別為

O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-

、

CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O

．
（4）若每個電池甲烷通入量為2.24L（標準狀況），且反應完全，則理論上通過電解池的電子的總物質的量為

0.8mol

，最多能產生的氯氣體積為

8.96

 L（標準狀況）．

Answer 1

分析：（1）甲烷燃料電池中，通甲烷的一端為負極，則a與正極相連，所以a為陽極，電解NaCl溶液時氯離子在陽極放電，氫離子在陰極放電；
（2）以石墨為電極，電解氯化鈉溶液，生成NaOH、氫氣、氯氣；
（3）甲烷燃料電池正極上氧氣得到電子，負極上甲烷失去電子，注意電解質為KOH；
（4）串聯電路中，轉移的電子相同，由CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O、2e^-～Cl₂↑來分析．

解答：解：（1）甲烷燃料電池中，通甲烷的一端為負極，則a與正極相連，所以a為陽極，電解NaCl溶液時氯離子在陽極放電，所以a上生成氯氣，H⁺在b電極（陰極）放電生成氫氣，往b極處的溶液滴入酚酞試液，能觀察到b極附近的溶液變紅，
故答案為：氯氣；H⁺；b極附近的溶液變紅；
（2）以石墨為電極，電解氯化鈉溶液，生成NaOH、氫氣、氯氣，該電解反應為2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+
2NaOH，
故答案為：2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（3）甲烷燃料電池正極上氧氣得到電子，正極反應為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，負極上甲烷在堿性溶液中失去電子，電極反應為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
（4）甲烷通入量為2.24L（標準狀況），其物質的量為

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，串聯電路中，轉移的電子相同，
由CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O可知，0.1mol甲烷反應轉移0.8mol電子，
則電解氯化鈉溶液時由2e^-～Cl₂↑可知，轉移0.8mol電子生成0.4molCl₂，其標況下的體積為0.4mol×22.4L/mol=8.96L，故答案為：0.8mol；8.96．

點評：本題考查原電池和電解池，明確堿性溶液中發生的電極反應及發生的電解反應是解答本題的關鍵，注意串聯時轉移電子相等，題目難度中等．