Question

8．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
Ⅰ．甲烷氣體和氧氣反應(yīng)放出的能量可以直接轉(zhuǎn)化成電能，某構(gòu)造如圖1所示：a、b兩個(gè)電極均由多孔的碳?jí)K組成．其中a是負(fù)極，a電極上的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，b電極上的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
Ⅱ．上述電池可以作為電源直接對(duì)外供電，如圖2電源兩極為M、N，圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極，電極c、d都是石墨電極．通電一段時(shí)間后，在c、d兩極上共收集到336mL（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）氣體．回答：
（1）直流電源中，M為正極．
（2）Pt電極上生成的物質(zhì)是銀，其質(zhì)量為2.16g．
（3）若右裝置電解液改成飽和氯化鈉溶液，則電極方程式c極為陽(yáng)極，飽和氯化鈉溶液發(fā)生電解的化學(xué)方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．

Answer 1

分析 Ⅰ．甲烷氣體和氧氣反應(yīng)放出的能量可以直接轉(zhuǎn)化成電能形成原電池反應(yīng)，甲烷在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極上得到電子生成氫氧根離子；
Ⅱ．通電一段時(shí)間后，b電極變粗，說(shuō)明溶液中的陽(yáng)離子在b電極上得電子，所以b電極是陰極，則a、c是陽(yáng)極，d是陰極，M是原電池正極，N是負(fù)極；
（1）根據(jù)以上分析確定M的電極；
（2）電解池陰極上析出銀，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)計(jì)算生成銀的質(zhì)量；
（3）M為正極，N為負(fù)極，則d為陰極，c為陽(yáng)極，電解飽和食鹽水陽(yáng)極生成氯氣，陰極生成氫氣，溶液中生成氫氧化鈉．

解答 解：Ⅰ．甲烷氣體和氧氣反應(yīng)放出的能量可以直接轉(zhuǎn)化成電能形成原電池反應(yīng)，甲烷在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極上得到電子生成氫氧根離子，a為負(fù)極，電極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，b電極為正極，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：負(fù)；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
Ⅱ．（1）根據(jù)題意知，電極a、b上沒(méi)有氣體生成，則a作陽(yáng)極，b為陰極，所以M是原電池正極，故答案為：正；
（2）電解稀硫酸反應(yīng)時(shí)，當(dāng)通電一段時(shí)間后，c、d兩極共收集到336mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則陰極發(fā)生2H⁺+2e^-═H₂↑，陽(yáng)極發(fā)生4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，實(shí)際上電解的是水，電池反應(yīng)式為：2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，根據(jù)方程式知，生成氫氣的體積占總體積的$\frac{2}{3}$所以混合氣體中氫氣的體積是224mL，根據(jù)2H⁺+2e^-═H₂↑知，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.02mol，串聯(lián)電解池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，電鍍池陰極上析出銀的質(zhì)量為
  Ag⁺+e^-=Ag
 1mol       108g 
0.02mol    2.16g
故答案為：銀；2.16；
（3）M為正極，N為負(fù)極，則d為陰極，c為陽(yáng)極，電解飽和食鹽水陽(yáng)極生成氯氣，陰極生成氫氣，溶液中生成氫氧化鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，
故答案為：陽(yáng)極；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題以電解池原理為載體考查了物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算、原電池正負(fù)極的判斷等知識(shí)點(diǎn)，明確發(fā)生的電極反應(yīng)及電子守恒是解答本題的關(guān)鍵，題目難度中等．