Question

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，進行飽和氧化鈉轄液電解實驗，如圖1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．電解氯化鈉溶液的總反應方程式為

2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

；
（3）氯堿廠電解飽和食鹽水制取燒堿，同時制鹽酸的工藝流程如圖2：
根據題意完成下列填空：
①粗鹽中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質，精制時所用試劑為：A 鹽酸；B BaCl₂溶液；C NaOH溶液；D Na₂CO₃溶液．加入試劑的順序是

BCDA或CBDA

．
②電解飽和食鹽水時，與電源正極相連的電極上發生的反應為

2Cl^--2e→Cl₂

．與電源負極線連的電極附近溶液pH

變大

（變大、不變、變小）．
③HCl合成反應中保持過量的氣體是

氫氣

；從HCl合成塔的觀察口能觀察到的現象是

蒼白色火焰

．
④利用HCl合成時放出的熱量來產生水蒸汽，用于NaOH溶液的蒸發，這樣做的優點是

充分利用能量

．
⑤檢驗NaOH產品中是否含有NaCl的實驗方案是

加足量稀硝酸至呈酸性，然后滴加硝酸銀溶液，若產生白色沉淀，則含有氯化鈉

．

Answer 1

分析：（1）燃料電池中，燃料電極為負極，負極上燃料失電子發生氧化反應，氧化劑電極為正極，正極上氧化劑得電子發生還原反應；
（2）電解氯化鈉飽和溶液時，陽極上析出氯氣，陰極上析出氫氣，同時溶液中生成氫氧化鈉；
（3）①根據根據SO₄^2-、Ca ²⁺、Mg²⁺等易轉化為沉淀而被除去，以及根據不能產生新雜質的要求排序，前面加入的過量溶液應用后加入的溶液除去，最后加入適量的溶液；
②電解飽和氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，同時陰極上有氫氧根離子生成，根據氫氧根離子濃度的變化判斷溶液PH的變化；
③為增大氯氣的轉化率，過量的氣體是氫氣；氫氣在氯氣中燃燒產生蒼白色火焰；
④利用HCl合成時放出的熱量來產生水蒸汽，用于NaOH溶液的蒸發，這樣做的優點是充分利用能量；
⑤用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗氯離子．

解答：解：（1）燃料電池中，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）電解飽和氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，同時溶液中產生氫氧化鈉，所以電池反應式為：2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）①SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等分別與BaCl₂溶液、Na₂CO₃溶液、NaOH溶液反應生成沉淀，可再通過過濾除去，Na₂CO₃溶液能除去過量的BaCl₂溶液，鹽酸能除去過量的Na₂CO₃溶液和NaOH溶液，所以應先加BaCl₂溶液再加氫氧化鈉溶液，或者是先加氫氧化鈉溶液再加氯化鋇溶液，然后加Na₂CO₃溶液，最后加入鹽酸，所以正確順序為BCDA 或CBDA，
故答案為：BCDA 或CBDA；  
②電解飽和食鹽水時，與電源正極相連的電極上氯離子失電子發生氧化反應，電極反應式為：發生的反應為2Cl^--2e→Cl₂，陰極上氫離子得電子生成氫氣，同時陰極附近生成氫氧根離子，溶液呈堿性，pH變大，
故答案為：2Cl^--2e→Cl₂，變大；
③HCl合成反應中保持過量的氣體是氫氣，氫氣在氯氣中燃燒產生蒼白色火焰，故答案為：氫氣；蒼白色火焰；
④利用HCl合成時放出的熱量來產生水蒸汽，用于NaOH溶液的蒸發，這樣做的優點是充分利用能量，故答案為：充分利用能量；
⑤氯離子的檢驗方法是：加足量稀硝酸至呈酸性，然后滴加硝酸銀溶液，若產生白色沉淀，則含有氯化鈉，故答案為：加足量稀硝酸至呈酸性，然后滴加硝酸銀溶液，若產生白色沉淀，則含有氯化鈉．

點評：本題考查了原電池原理和電解池原理、除雜等知識點，難度較大，注意燃料電池中電極反應式的書寫要結合電解質溶液的酸堿性，即使燃料和氧化劑相同，電解質溶液不同則電極反應式也不同，為易錯點．