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)行飽和氯化鈉溶液的電解實(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)閉合開關(guān)K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)電池的甲烷通入量為1 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，且反應(yīng)完全，則理論上通過電解池的電量為__________(法拉第常數(shù)F＝9.65×10⁴ C·mol^－1，列式計(jì)算)，最多能產(chǎn)生的氯氣體積為__________ L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)．

Answer 1

答案　(1)2O₂＋4H₂O＋8e^－===8OH^－，

CH₄＋10OH^－－8e^－===CO＋7H₂O

(2)H₂

2NaCl＋2H₂O2NaOH＋H₂↑＋Cl₂↑

(3)×8×9.65×10⁴ C·mol^－1＝3.45×10⁴ C　4

解析　本題考查了原電池、電解池的工作原理。(1)根據(jù)題意該燃料電池的總反應(yīng)式為CH₄＋2O₂＋2OH^－===CO＋3H₂O，正極反應(yīng)式為2O₂＋4H₂O＋8e^－===8OH^－，總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式，可得負(fù)極反應(yīng)式為CH₄－8e^－＋10OH^－===CO＋7H₂O。

(2)三個(gè)池中前兩個(gè)為串聯(lián)的電源，通入CH₄的電極為負(fù)極，與其相連的電極b為電解池的陰極，產(chǎn)生的氣體為H₂。

(3)1mol甲烷發(fā)生反應(yīng)失去8mol電子。在串聯(lián)電路中各電極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，故計(jì)算電子傳遞的電量，應(yīng)用一個(gè)燃料電池的甲烷量計(jì)算，故理論上通過的電量為×8×96500 C·mol^－1＝3.45×10⁴ C。甲烷的失電子數(shù)是等物質(zhì)的量的Cl^－失電子數(shù)的8倍，計(jì)算可得Cl₂ 4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。