Question

4．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．某研究小組將甲烷燃料電池作為電源，進(jìn)行惰性電極電解飽和氯化鈉溶液實(shí)驗(yàn)．回答下列問題：
（1）甲烷燃料電池正極的電極反應(yīng)為2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-、負(fù)極的電極反應(yīng)為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）如圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽(yáng)離子
通過．電解氯化鈉溶液的離子反應(yīng)方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑．
（3）精制飽和食鹽水從圖中a位置補(bǔ)充，濃氫氧化鈉溶液從圖中d位置流出．（選填“a”、“b”、“c”或“d”）
（4）若甲烷通入量為lL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則最多能產(chǎn)生的氯氣體積為4 L （標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

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）電解氯化鈉溶液，實(shí)質(zhì)為氯離子與水反應(yīng)生成氫氧根離子、氯氣和氫氣；
（3）電解飽和食鹽時(shí)陽(yáng)極陰離子Cl^-、OH^-放電，Cl^-的放電能力強(qiáng)于OH^-，陽(yáng)極發(fā)生的方程式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陰極：2H⁺+2e^-═H₂↑；H₂、NaOH在陰極，NaOH溶液的出口為d，Cl₂在陽(yáng)極，精制飽和食鹽水從陽(yáng)極進(jìn)入；
（4）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，分析解答．

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）電解氯化鈉溶液，實(shí)質(zhì)為氯離子與水反應(yīng)生成氫氧根離子、氯氣和氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑；
（3）電解槽中陰極是氫離子放電生成氫氣，水電離平衡正向進(jìn)行氫氧根離子濃度增大，生成氫氧化鈉溶液，NaOH溶液的出口為d；
Cl₂在陽(yáng)極，依據(jù)裝置圖分析可知精制飽和食鹽水從陽(yáng)極進(jìn)入，即進(jìn)口為a，
故答案為：a，d；
（4）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，CH₄～8e^-～4Cl₂↑，所以甲烷通入量為lL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則最多能產(chǎn)生的氯氣體積為4L，故答案為：4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電解原理的分析，電極分析判斷方法，化學(xué)方程式書寫等，題目難度中等．