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(zhì)為KOH溶液．某研究小組將甲烷燃料電池作為電源，進(jìn)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(fù)極的電極反應(yīng)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(yīng)方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（3）若甲烷通入量為1L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則最多能產(chǎn)生的氯氣體積為4 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（4）以甲醇（CH₃OH）為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，則正極、負(fù)極的電極反應(yīng)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(fù)極甲烷失電子被氧化；
（2）b連接電源的負(fù)極，應(yīng)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(jù)關(guān)系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂計算；
（4）甲醇燃料電池，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，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(yīng)式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正極是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，負(fù)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(yīng)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(jù)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，電池負(fù)極反應(yīng)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(nèi)容，涉及電極判斷與電極反應(yīng)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(fù)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．