Question

10．將CH₄設計成燃料電池，裝置如圖所示（A、B為多孔碳棒）
（1）B（填A或B）處電極入口通甲烷，其電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）當消耗甲烷的體積為11.2 L（標準狀況下）時，則消耗KOH的物質(zhì)的量為1mol．
（3）以NH₃代替氫氣研發(fā)燃料電池是當前科研的一個熱點．使用的電解質(zhì)溶液是2mol•L^-1的KOH溶液，電池總反應為：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O．該電池負極的電極反應式為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）通燃料的一極是負極發(fā)生氧化反應，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，電極反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）根據(jù)甲烷和轉(zhuǎn)移電子、氫氧化鉀之間的關系式計算；
（3）依據(jù)化學方程式分析氨氣化合價變化，判斷發(fā)生氧化反應的物質(zhì)是氨氣，原電池中在負極失電子，正極上氧氣得到電子生成氫氧根離子；結(jié)合化學方程式和電子轉(zhuǎn)移總數(shù)計算每消耗3.4g NH₃轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；

解答 解：（1）通燃料的一極是負極發(fā)生氧化反應，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，電極反應式為：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）電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．該電池負極是氨氣失電子生成氮氣，反應的電極反應式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，反應中2mol氨氣反應電子轉(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．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，根據(jù)元素化合價變化確定氧化性強弱，根據(jù)方程式中各個物理量之間的關系式進行計算，題目難度不大．