Question

【題目】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。某研究小組將甲烷燃料電池作為電源，進行惰性電極電解飽和氯化鈉溶液實驗。回答下列問題：

（1）甲烷燃料電池正極的電極反應為_________、負極的電極反應為_________ 。

（2）如圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽離子通過。電解氯化鈉溶液的離子反應方程式為_________。

（3）精制飽和食鹽水從圖中_____位置補充，濃氫氧化鈉溶液從圖中______位置流出。（選填“a”、“b”、“c” 或“d”）

（4）若甲烷通入量為1L（標準狀況），且反應完全，則最多能產生的氯氣體積為______L（標準狀況）

Answer 1

【答案】 2O2+4H2O+8e-=8OH- CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O 2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑ a d 4L

【解析】試題分析：（1）在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應式為CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，正極是：2O2+4H2O+8e-═8OH-，負極是：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，故答案為：2O2+4H2O+8e-=8OH-；CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；

（2）電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿，反應的離子方程式為：2H2O+2Cl-Cl2↑+2OH-+H2↑，故答案為：2H2O+2Cl-Cl2↑+2OH-+H2↑；

（3）電解槽中陰極是氫離子放電生成氫氣，水電離平衡正向進行氫氧根離子濃度增大，生成氫氧化鈉溶液，NaOH溶液的出口為d；Cl2在陽極，依據裝置圖分析可知精制飽和食鹽水從陽極進入，即進口為a，故答案為：a，d；

（4）根據CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，若甲烷通入量為lL(標準狀況)，且反應完全，轉移的電子的物質的量為×8=mol，根據2H2O+2Cl-Cl2↑+2OH-+H2↑，最多能產生標準狀況下的氯氣體積為mol ××22.4L/mol=4L，故答案為：4。