(2012?海南)新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料,兩電極上分別通入CH4和O2,電解質(zhì)為KOH溶液.某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源,進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn),如圖所示.

回答下列問(wèn)題:
(1)甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)分別為
2O2+4H2O+8e-=8OH-
2O2+4H2O+8e-=8OH-
、
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O

(2)閉合K開(kāi)關(guān)后,a、b電極上均有氣體產(chǎn)生.其中b電極上得到的是
H2
H2
,電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式為
2NaCl+2H2O
 通電 
.
 
2NaOH+H2↑+Cl2
2NaCl+2H2O
 通電 
.
 
2NaOH+H2↑+Cl2
;
(3)若每個(gè)電池甲烷通如量為1L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),且反應(yīng)完全,則理論上通過(guò)電解池的電量為
1L
22.4L/mol
×8×9.65×104C/mol=3.45×104C
1L
22.4L/mol
×8×9.65×104C/mol=3.45×104C
(法拉第常數(shù)F=9.65×l04C?mol-1列式計(jì)算),最多能產(chǎn)生的氯氣體積為
4
4
L(標(biāo)準(zhǔn)狀況).
分析:(1)甲烷堿性燃料電池中正極氧氣得電子被還原,負(fù)極甲烷失電子被氧化;
(2)b連接電源的負(fù)極,應(yīng)為陰極,生成氫氣;電解氯化鈉溶液生成氫氣、氯氣和氫氧化鈉;
(3)根據(jù)關(guān)系式1 mol CH4~8 mol e-~4 mol Cl2計(jì)算.
解答:解:(1)在堿性溶液中,甲烷燃料電池的總反應(yīng)式為:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,正極是:2O2+4H2O+8e-═8OH-,負(fù)極是:CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O.
故答案為:2O2+4H2O+8e-=8OH-;CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
(2)b電極與通入甲烷的電極相連,作陰極,是H+放電,生成H2;電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式為:2NaCl+2H2O
 電解 
.
 
2NaOH+H2↑+Cl2↑故答案為:H2;2NaCl+2H2O
 通電 
.
 
2NaOH+H2↑+Cl2↑;
(3)根據(jù)得失電子守恒,可得:1 mol CH4~8 mol e-~4 mol Cl2,故若每個(gè)電池甲烷通入量為1 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),生成4L Cl2;電解池通過(guò)的電量為
1L
22.4L/mol
×8×9.65×l04C?mol-1=3.45×104C(題中雖然有兩個(gè)燃料電池,但電子的傳遞量只能用一個(gè)池的甲烷量計(jì)算).故答案為:
1L
22.4L/mol
×8×9.65×104C/mol=3.45×104C;4.
點(diǎn)評(píng):本題涵蓋電解池和原電池的主體內(nèi)容,涉及電極判斷與電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)等問(wèn)題,做題時(shí)注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負(fù)極以及電極方程式的書(shū)寫(xiě),本題中難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)為電極方程式的書(shū)寫(xiě).
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