Question

11．如圖是一個甲烷燃料電池工作時的示意圖．M、N兩電極的質(zhì)量相同，其中一個為銀電極一個為鐵電極．
（1）寫出通入甲烷的鉑電極上的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）若一段時間后M與N兩電極的總質(zhì)量不變，則N電極是Ag．此時兩電極質(zhì)量差為5.4g，甲池中理論上消耗氧氣140mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）
（3）若一段時間后M與N兩電極的總質(zhì)量增加4g，N電極質(zhì)量變化為1.4克．

Answer 1

分析 堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負(fù)極，通入氧氣的一極為原電池的正極，乙池為電解池，乙池中的兩個電極一個是Ag電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質(zhì)量都不減少，N連接原電池的正極，應(yīng)為電解池的陽極，則應(yīng)為Ag，M為電解池的陰極，為鐵電極，電解硝酸銀溶液時，陰極反應(yīng)式為Ag⁺+e^-=Ag；一段時間后M與N兩電極的總質(zhì)量增加4g，F(xiàn)e為陽極，Ag為陰極，結(jié)合電子的轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量的進(jìn)行計算．

解答 解：堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負(fù)極，負(fù)極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，通入氧氣的一極為原電池的正極，乙池為電解池，乙池中的兩個電極一個是Ag電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質(zhì)量都不減少，N連接原電池的正極，應(yīng)為電解池的陽極，則應(yīng)為Ag，N為陽極，電極反應(yīng)式是Ag-e^-=Ag⁺，M為陰極，電極材料是Fe，電極反應(yīng)式為Ag⁺+e^-=Ag，則乙池的總反應(yīng)式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag↓+O₂↑+4HNO₃，
（1）通入甲烷的鉑電極上的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）一段時間后M與N兩電極的總質(zhì)量不變，Ag為陽極，F(xiàn)e為陰極，此時兩電極質(zhì)量差為5.4g，n（Ag）=$\frac{5.4g}{108g/mol}$=0.05mol，陽極Ag溶解，陰極Ag析出，根據(jù)Ag⁺+e^-=Ag可知轉(zhuǎn)移電子為0.025mol，甲池中通入氧氣的一極為正極，反應(yīng)式為2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，則消耗n（O₂）=$\frac{1}{4}$×0.025mol=0.00625mol，
V（O₂）=0.00625mol×22.4L/mol=0.14L=140mL，
故答案為：Ag；140；
（3）一段時間后M與N兩電極的總質(zhì)量增加4g，F(xiàn)e為陽極，Ag為陰極，由Fe+2Ag⁺=Fe²⁺+2Ag可知，
Fe+2Ag⁺=Fe²⁺+2Ag△m
56           216  160
x                  4g
x=$\frac{56×4g}{160}$=1.4g，
故答案為：1.4．

點評 本題考查了原電池原理和電解池原理，為高頻考點，把握原電池和電解池電極上發(fā)生反應(yīng)的類型為解答的關(guān)鍵，題目難度不大，注意電極判斷及電極反應(yīng)式的．