Question

【題目】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 ，電解質為KOH溶液。某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源，進行飽和氯化鈉溶液電解實驗，如圖所示。

回答下列問題：

（1）甲烷燃料電池正極、負極的電極反應分別為________________ 、_______________ ；

（2）閉合K開關后，a、b電極上均有氣體產生．其中a電極上得到的是_________（填化學式），電解氯化鈉溶液的總反應方程式為___________________；

（3）若每個電池甲烷通入量為1 L(標準狀況)，且反應完全，則理論上最多能產生的氯氣體積為____________L(標準狀況)；

（4）若飽和氯化鈉溶液體積為100mL，電解一段時間后，常溫下測得溶液pH為13，若要使溶液恢復到電解前的狀態(tài)，可向溶液中加（或通）入__________（填寫物質的化學式）_________g。

Answer 1

【答案】 CH4＋10OH－－8e—＝＋7H2O Cl2 4 HCl 0.365

【解析】本題考查電極反應式的書寫，電解原理以及電化學計算，（1）根據原電池的工作原理，通甲烷的一極為負極，通氧氣一極為正極，因為電解質為KOH，因此正極反應式O2＋2H2O＋4e－=4OH－，負極反應式為CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O；（2）a連接通氧氣一極，即a為陽極，根據電解原理，a電極反應式為2Cl－2e－=Cl2↑，即a極上得到Cl2；a、b電極為惰性電極，因此電解氯化鈉的方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；（3）兩個燃料電池是串聯，通過電子物質的量相等，依據電極反應式，建立關系式為CH4～8e－～4Cl2，產生氯氣物質的量為4/22.4mol，即氯氣體積為4L；（4）根據電解食鹽水的總反應式，產生的是NaOH、H2、Cl2，因此恢復到電解前的狀態(tài)，加入物質是HCl，溶液的pH=13，溶液中c(OH－)=Kw/c(H＋)=10－14/10－13mol·L－1=10－1mol·L－1，即n(OH－)=100×10－3×10－1mol=0.01mol，需要通入HCl的質量為0.01×2×36.5/2g=0.365g。