Question

8．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)行氯化銅溶液電解實(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^-、CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）閉合K開(kāi)關(guān)后，b電極的名稱(chēng)是陰極，電解氯化銅溶液的化學(xué)方程式為CuCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑．
（3）若電解池中b電極增重3.2g，則理論上a電極產(chǎn)生的氣體體積為1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），通過(guò)電解池的電子的物質(zhì)的量為0.1 mol．

Answer 1

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，生成銅，a連接正極，為陽(yáng)極，陽(yáng)極上生成氯氣；電解氯化銅溶液生成氯氣和銅；
（3）根據(jù)b電極與通入甲烷的電極相連，作陰極，是銅離子放電，生成銅即生成$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，a連接正極，為陽(yáng)極，陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣結(jié)合得失電子守恒計(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；電解氯化銅溶液的總反應(yīng)方程式為：CuCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑，故答案為：陰極；CuCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑；
（3）b電極與通入甲烷的電極相連，作陰極，是銅離子放電，生成銅即生成$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，a連接正極，為陽(yáng)極，陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，根據(jù)得失電子守恒，則生成氯氣也為0.5mol，所以v（Cl₂）=1.12L，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.05mol×2=0.1mol，故答案為：1.12；0.1．

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)．