Question

6．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)行氯化鎂溶液電解實(shí)驗(yàn)，電解裝置如圖所示．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）甲烷燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O
正極電極反應(yīng)式為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-
（2）閉合開(kāi)關(guān)K后，a、b電極上均有氣體產(chǎn)生，其中a電極上的電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂，b電極上得到的氣體是H₂．電解氯化鎂的反應(yīng)方程式為：MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑
（3）若甲烷通入量為1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則理論上通過(guò)電解池的電子的物質(zhì)的量為0.4mol，產(chǎn)生的氯氣體積為4.48LL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

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）閉合K開(kāi)關(guān)后，a是陽(yáng)極，b是陰極，陽(yáng)極上氯離子放電，用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn)氯氣，陰極上氫離子放電，同時(shí)溶液中生成氫氧化鎂；
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算．

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）閉合K開(kāi)關(guān)后，a是陽(yáng)極，b是陰極，a極上氯離子放電生成氯氣，電極方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂，陰極上氫離子放電，同時(shí)溶液中生成氫氧化鎂沉淀，所以電池反應(yīng)的方程式為MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂；H₂；MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑；
（3）若甲烷通入量為 1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則甲烷的物質(zhì)的量為$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，由CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，得轉(zhuǎn)移電子為0.4mol；
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得氯氣的體積=0.4mol×$\frac{1}{2}$×22.4L/mol=4.48L，
故答案為：0.4mol；4.48L．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查原電池和電解池知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握電極方程式的書寫，為解答該類題目的關(guān)鍵，難度中等．