Question

10．將CH₄設(shè)計(jì)成燃料電池，裝置如圖所示（A、B為多孔碳棒）
（1）B（填A(yù)或B）處電極入口通甲烷，其電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）當(dāng)消耗甲烷的體積為11.2 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，則消耗KOH的物質(zhì)的量為1mol．
（3）以NH₃代替氫氣研發(fā)燃料電池是當(dāng)前科研的一個熱點(diǎn)．使用的電解質(zhì)溶液是2mol•L^-1的KOH溶液，電池總反應(yīng)為：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；每消耗3.4gNH₃轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為0.6N_A．

Answer 1

分析 （1）通燃料的一極是負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子，電子流出，所以B是處電極入口通甲烷，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）根據(jù)甲烷和轉(zhuǎn)移電子、氫氧化鉀之間的關(guān)系式計(jì)算；
（3）依據(jù)化學(xué)方程式分析氨氣化合價(jià)變化，判斷發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是氨氣，原電池中在負(fù)極失電子，正極上氧氣得到電子生成氫氧根離子；結(jié)合化學(xué)方程式和電子轉(zhuǎn)移總數(shù)計(jì)算每消耗3.4g NH₃轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；

解答 解：（1）通燃料的一極是負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子，電子流出，所以B是處電極入口通甲烷，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為：B；CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）根據(jù)CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O知，消耗KOH的物質(zhì)的量為甲烷物質(zhì)的量的2倍，所以消耗氫氧化鉀的物質(zhì)的量是$\frac{11.2}{22.4}$×2=1mol，故答案為：1mol；
（3）電池反應(yīng)為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．該電池負(fù)極是氨氣失電子生成氮?dú)�，反�?yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，反應(yīng)中2mol氨氣反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移6mol電子，每消耗3.4g NH₃物質(zhì)的量=$\frac{3.4g}{17g/mol}$=0.2mol，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.6N_A；
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，0.6N_A．

點(diǎn)評 本題考查了原電池和電解池原理，根據(jù)元素化合價(jià)變化確定氧化性強(qiáng)弱，根據(jù)方程式中各個物理量之間的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，題目難度不大．