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．某研究小組用甲烷燃料電池作為電源，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）甲烷燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)為

 

；
（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

 

，電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式為

 

；
（3）若電池中甲烷通入量為0.1mol，且反應(yīng)完全，則理論上最多能產(chǎn)生的氯氣體積為

 

L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（4）CH₄（g）在O₂（g）中燃燒生成CO（g）和H₂O（g）的△H難以直接測(cè)量，原因是

 

．
已知：a.2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
b．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.0kJ/mol
則CH₄（g）在O₂（g）中燃燒生成CO（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式為：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算

專題：

分析：（1）甲烷燃料電池中，負(fù)極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）閉合K開(kāi)關(guān)后，a是陽(yáng)極，b是陰極，陽(yáng)極上氯離子放電，陰極上氫離子放電，同時(shí)溶液中生成氫氧化鈉；
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算生成氯氣的體積；
（4）一氧化碳是可燃?xì)怏w，甲烷燃燒生成一氧化碳的反應(yīng)不易控制；依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式．

解答： 解：（1）甲烷燃料電池中，負(fù)極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）閉合K開(kāi)關(guān)后，a是陽(yáng)極，b是陰極，陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電，同時(shí)溶液中生成氫氧化鈉，所以電池反應(yīng)式為：2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，
故答案為：氯氣；2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得氯氣的體積=

0.1×8

2

×22.4=8.96L，故答案為：8.96；
（4）CH₄（g）在O₂（g）中燃燒生成CO（g）和H₂O（g）的△H難以直接測(cè)量的原因是甲烷燃燒生成一氧化碳的反應(yīng)不易控制，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定；
a．2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
b．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.0kJ?mol^-1
依據(jù)熱方程式和蓋斯定律計(jì)算：b×2-a得到，CH₄（g）在O₂（g）中燃燒生成CO（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式為2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g）△H=-1214.0KJ/mol，
故答案為：難以控制反應(yīng)只生成CO；2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g）△H=-1214.0 kJ/mol．

點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池和電解池?zé)峄瘜W(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，明確堿性溶液中發(fā)生的電極反應(yīng)及發(fā)生的電解反應(yīng)是解答本題的關(guān)鍵，注意串聯(lián)時(shí)轉(zhuǎn)移電子相等，題目難度中等．