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，進行飽和氧化鈉轄液電解實驗，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

 

，電解氯化鈉溶液的總反應方程式為

 

；
（3）若每個電池甲烷通如量為280mL（標準狀況），且反應完全，則理論上最多能產生的氯氣體積為

 

mL（標準狀況）．若此時盛裝氯化鈉溶液的U形管體積為1L，則100℃（Kw=1×10^-12）該溶液的pH=

 

．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

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，a連接正極，為陽極，陽極上生成氯氣，氯氣能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍色；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 Cl₂～8 molOH^-計算．

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；a連接正極，為陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，氯氣能和碘離子發生置換反應生成碘單質，碘與淀粉試液變藍色，所以檢驗氯氣的方法是：把濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近a極，若試紙變藍，說明得到的氣體是Cl₂；
電解氯化鈉溶液的總反應方程式為：2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：H₂；2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）根據關系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂ ～8 molOH^-
                 1 mol            4×22.4L      8 mol
            

280mL×10-3L/ml

22.4L/mol

      v（Cl₂）       n（OH^-）
所以v（Cl₂）=1120ml，n（OH^-）=0.1mol
所以c（OH^-）=

0.1mol

1L

=0.1mol/L，而100℃（Kw=1×10^-12），所以c（H⁺）=

1×10-12

0.1

=10^-11，
所以，pH=11，故答案為：1120；11．

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．