Question

18．圖中甲池是甲烷燃料電池的示意圖，乙池中使用的電極材料為石墨和鐵，工作一段時間后，發現M、N兩個電極的質量均沒有變化，請回答下列問題：

（1）乙池中M電極材料為Fe，N電極上發生的電極反應式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；乙池中發生的電解總化學反應方程式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃
（2）甲池中通入甲烷的鉑電極上發生的電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）若乙池中某一電極析出金屬銀4.32g時，理論上甲池中應消耗氧氣為0.224 L（標況下）；若此時乙池溶液的體積為400mL，則乙池中溶液的H⁺的濃度為0.1mol/L．

Answer 1

分析 酸性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負極，通入氧氣的一極為原電池的正極，乙池為電解池，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，N連接原電池的正極，應為電解池的陽極，則應為石墨材料，M為電解池的陰極，為鐵電極，電解硝酸銀溶液時，陰極反應式為Ag⁺+e^-=Ag，陽極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，結合電子的轉移的物質的量進行計算．

解答 解：（1）酸性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負極，通入氧氣的一極為原電池的正極，乙池為電解池，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，N連接原電池的正極，應為電解池的陽極，則應為石墨材料，N為陽極，電極反應式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，M為陰極，電極材料為Fe，電極反應式為Ag⁺+e^-=Ag，發生的電解總化學反應方程式為 4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃，
故答案為：Fe；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O； 4AgNO₃+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃；
（2）甲池中通入甲烷的一極為負極，發生失電子的氧化反應，堿性環境下，電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（3）n（Ag）=$\frac{4.32g}{108g/mol}$=0.04mol，根據Ag⁺+e^-=Ag可知轉移電子為0.04mol，
甲池中通入氧氣的一極為正極，反應式為2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，則消耗n（O₂）=$\frac{1}{4}$×0.04mol=0.01mol，
V（O₂）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L，此時乙池發生的電解總化學反應方程式為 4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃，轉移電子為0.04mol，生成硝酸是0.04mol，溶液的體積為400mL，則乙池中溶液的H⁺的濃度為$\frac{0.04mol}{0.4L}$=0.1mol/L，
故答案為：0.224；0.1mol/L．

點評 本題考查了原電池原理和電解池原理，明確原電池和電解池電極上發生反應的類型即可分析解答本題，難度不大，注意電極反應式的書寫與電解質溶液的酸堿性有關．