Question

（2012?海南）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

2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-

、

CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O

．
（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

H₂

，電解氯化鈉溶液的總反應方程式為

2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

；
（3）若每個電池甲烷通如量為1L（標準狀況），且反應完全，則理論上通過電解池的電量為

1L

22.4L/mol

×8×9.65×10⁴C/mol=3.45×10⁴C

（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

4

L（標準狀況）．

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；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；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

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）根據得失電子守恒，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（標準狀況），生成4L Cl₂；電解池通過的電量為

1L

22.4L/mol

×8×9.65×l0⁴C?mol^-1=3.45×10⁴C（題中雖然有兩個燃料電池，但電子的傳遞量只能用一個池的甲烷量計算）．故答案為：

1L

22.4L/mol

×8×9.65×10⁴C/mol=3.45×10⁴C；4．

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．