Question

（8分）可以將氧化還原反應2H₂＋O₂＝2H₂O設計成原電池。
（1）利用H₂、O₂、HCl溶液構成燃料電池，則正極的電極反應式為_________________________
___________；負極的電極反應式為__________________________________。
（2）把H₂改成CH₄，KOH溶液作電解質，則負極的電極反應式為________________________
_____________，當導線中通過4 mol電子時，需消耗______mol的KOH；將4 mol CH₄完全與Cl₂發生取代反應，并生成等物質的量的四種氯代物，則理論上需要消耗Cl₂的物質的量為_______mol。

Answer 1

（1）O₂＋4H⁺＋4eˉ＝2H₂O（2分）；2H₂－4eˉ＝4H⁺（2分）；
（2）CH₄＋10OH^-－8e^-＝CO₃^2-＋7H₂O（2分）；1（1分）；10（1分）；

解析試題分析：（1）酸性氫氧燃料電池中，負極上燃料失電子生成氫離子、正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，正極反應為O₂+4H⁺+4eˉ=2H₂O；負極反應為2H₂-4eˉ=4H⁺。
（2）堿性甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成水和碳酸根離子，電極反應為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；電池反應式為CH₄+2KOH+2O₂=K₂CO₃+3H₂O，根據KOH和轉移電子之間的關系式得消耗n（KOH）=4mol÷8×2=1mol；甲烷取代反應中，被取代H原子的物質的量與氯氣的物質的量相等，生成等物質的量的四種氯代物，則生成四種氯代物的物質的量都是1mol，消耗氯氣的物質的量=1mol×（1+2+3+4）=10mol。
考點：本題考查原電池原理及物質的量的計算。