Question

15．新型高效的甲烷燃料電池采用鉑作電極材料，兩電極上分別通入CH₄和O₂，電解質為KOH溶液．某研究小組將甲烷燃料電池作為電源進行飽和氣化鈉溶液的電解實驗，如圖所示．

回答下列問題：
（1）a電極為陽極（填“陽極”或“陰極”），b電極附近溶液的pH增大（填“增大”“減小”或“不變”）．
（2）甲烷燃料電池正極的電極反應式為2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-．
（3）電解時b電極的電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑；若反應生成0.2mol Cl₂，則消耗CH₄的物質的量為0.05mol．

Answer 1

分析 甲烷堿性燃料電池中正極氧氣得電子被還原，反應式為：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，負極甲烷失電子被氧化，反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，則與正極氧氣相連的a極為陽極，氯離子放電生成氯氣，反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，與負極甲烷相連的b極為陰極，H⁺放電，生成H₂，反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，結合關系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂分析計算．

解答 解：（1）根據以上分析，與正極氧氣相連的a極為陽極，與負極甲烷相連的b極為陰極，H⁺放電，生成H₂，反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，所以b電極附近溶液的pH增大，故答案為：陽極；增大；
（2）甲烷堿性燃料電池中正極氧氣得電子被還原，反應式為：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，故答案為：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-；
（3）與負極甲烷相連的b極為陰極，H⁺放電，生成H₂，反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，根據得失電子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若反應生成0.2mol Cl₂，則消耗CH₄的物質的量為0.05 mol，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；0.05 mol．

點評 本題涵蓋電解池和原電池的主體內容，涉及電極判斷與電極反應式書寫等問題，做題時注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負極以及電極方程式的書寫，本題中難點和易錯點為電極方程式的書寫．