Question

(9分)
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)若每個電池甲烷通入量為1 L(標準狀況)，且反應完全，則理論上通過電解池的電量為
     （法拉第常數F=9.65×l0⁴C.mol^-1，列式計算)，最多能產生的氯氣體積為   L(標準狀況)。

Answer 1

：（1）O₂+2H₂O +4e^—=4OH^—，CH₄+10OH^--8e^—=CO₃^2-+ 7H₂O；（2）H₂；2NaCl+2H₂O2NaOH+ H₂↑+ Cl₂↑；（3）（1L/22.4L.mol^-1）×8×9.65× 10⁴C.mol^-1 =3.45×10⁴C；4。

：（1）燃料電池的總反應就是燃料燃燒的反應即：CH₄+2O₂+2OH^- = CO₃^2-+ 3H₂O，故其正極反應式為：O₂+ 2H₂O +4e^—= 4OH^—，我們用總反應式減正極反應式可得負極反應式：CH₄+10OH^--8e^—=CO₃^2-+ 7H₂O；（2分析圖中三池可看出1、2兩池是串聯的燃料電池，通入甲烷的一極是負極，故此電解池中與其相連的b電極為陰極，生成的氣體為氫氣；電解的總反應式為：2NaCl+2H₂O 2NaOH+ H₂↑+ Cl₂↑；（3）根據（1）中的負極反應式，可知通入1mol甲烷時失電子8mol，總電量為8×96500C，由于圖中的兩個電池是串聯，故可知線路上轉移的電子與一個燃料電池時相同，結合甲烷的量，其1L為1/22.4mol，可求電為：（1L/22.4L.mol^-1）×8×9.65× 10⁴C.mol^-1 =3.45×10⁴C；電解時得到氫氣為4L。
【考點定位】此題以燃料電池的使用為載體，考查了原電池的電極反應式書寫、電極的判斷和電解知識。