Question

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)行飽和氧化鈉轄液電解實(shí)驗(yàn)，如圖所示．

回答下列問題：
（1）甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)分別為

 

、

 

．
（2）閉合K開關(guān)后，a、b電極上均有氣體產(chǎn)生．其中b電極上得到的是

 

，電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式為

 

；
（3）若每個(gè)電池甲烷通如量為280mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則理論上最多能產(chǎn)生的氯氣體積為

 

mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．若此時(shí)盛裝氯化鈉溶液的U形管體積為1L，則100℃（Kw=1×10^-12）該溶液的pH=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

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，a連接正極，為陽極，陽極上生成氯氣，氯氣能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣�鉀試紙變藍(lán)色；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 Cl₂～8 molOH^-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^-=CO₃^2-+3H₂O，正極是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，負(fù)極是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+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；a連接正極，為陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，氯氣能和碘離子發(fā)生置換反應(yīng)生成碘單質(zhì)，碘與淀粉試液變藍(lán)色，所以檢驗(yàn)氯氣的方法是：把濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近a極，若試紙變藍(lán)，說明得到的氣體是Cl₂；
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

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）根據(jù)關(guān)系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂ ～8 molOH^-
                 1 mol            4×22.4L      8 mol
            

280mL×10-3L/ml

22.4L/mol

      v（Cl₂）       n（OH^-）
所以v（Cl₂）=1120ml，n（OH^-）=0.1mol
所以c（OH^-）=

0.1mol

1L

=0.1mol/L，而100℃（Kw=1×10^-12），所以c（H⁺）=

1×10-12

0.1

=10^-11，
所以，pH=11，故答案為：1120；11．

點(diǎn)評：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)式書寫等問題，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寫，本題中難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)為電極方程式的書寫．