Question

燃料電池是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池．氫氣、烴、肼、甲醇等液體或氣體，均可以作燃料電池的燃料．請(qǐng)回答下列問題：
（Ⅰ）以甲烷和氧氣為原料，氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成電池．寫出其正極電極反應(yīng)式

 

；
（Ⅱ）以上述電池為電源，石墨為電極電解1L 0.1mol/L的氯化鉀溶液．回答下列問題：
（1）寫出電解總反應(yīng)的離子方程式

 

；
（2）室溫時(shí)，電解一段時(shí)間后，取25mL上述電解后溶液，滴加0.2mol/L醋酸，加入醋酸的體積與溶液的pH的關(guān)系如圖所示（不考慮能量損失和氣體溶于水，溶液體積變化忽略不計(jì)）．
①計(jì)算消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷

 

mL；
②若圖中的B點(diǎn)pH=7，則酸堿恰好完全反應(yīng)的點(diǎn)在

 

區(qū)間（填“AB”、“BC”或“CD”）；
③AB區(qū)間溶液中各離子濃度大小關(guān)系中可能正確的是

 

；
A．c（K⁺）＞c（OH^-）＞c （CH₃COO^-）＞c（H⁺）
B．c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
C．c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）=c（OH^-）＞c（H⁺）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)電源新型電池,鹽類水解的原理,電解原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（Ⅰ）甲烷堿性燃料電池中，負(fù)極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水才氫氧根離子；
（Ⅱ）（1）電解時(shí)，陽極上氯離子放電、陰極上氫離子放電；
（2）①溶液的pH=13，則溶液中c（OH^-）=0.1mol/L，根據(jù)氫氧根離子和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
②醋酸鉀為強(qiáng)堿弱酸鹽，其溶液呈堿性，要使混合溶液呈中性，則醋酸應(yīng)該稍微過量；
③AB區(qū)間溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），再根據(jù)溶液中的溶質(zhì)及電荷守恒判斷．

解答： 解：（I）甲烷燃料堿性電池中，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（II）（1）電解時(shí)，陽極上氯離子放電、陰極上氫離子放電，則電池反應(yīng)式為2Cl^-+2H₂O

電解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，故答案為：2Cl^-+2H₂O

電解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
故答案為：；
（2）①根據(jù)圖示，開始溶液的PH為13，所以氫氧化鉀的濃度是0.1mol/L，物質(zhì)的量是0.1mol，根據(jù)電解方程式：2Cl^-+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.1mol，根據(jù)電子守恒，轉(zhuǎn)移0.1mol電子消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷的物質(zhì)的量為0.0125mol，體積為280mL，故答案為：280；
②25mL0.1mol/L的氫氧化鈉和0.2mol/L醋酸恰好完全反應(yīng)時(shí)，消耗醋酸的體積是12.5mL，即B點(diǎn)的體積值是12.5mL，此時(shí)生成的醋酸鈉溶液顯堿性，當(dāng)溶液顯中性時(shí)，則醋酸的量應(yīng)該大于12.5mL，所以酸堿恰好完全反應(yīng)的點(diǎn)處于AB之間，故答案為：AB；
③AB區(qū)間的溶液可以是加入醋酸的量很少時(shí)的點(diǎn)，也可以是醋酸和氫氧化鈉恰好完全反應(yīng)的點(diǎn)，還可以是醋酸稍過量，溶液仍是堿性時(shí)的點(diǎn)，即c（K⁺）＞c（OH^-）＞c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）（醋酸量很少）或c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）（恰好反應(yīng)）或 c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）=c（OH^-）＞c（H⁺）（溶液顯中性的），故選ABC．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池和電解池原理，根據(jù)得失電子書寫甲烷燃料電極反應(yīng)式，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子相等、鹽的性質(zhì)及溶液酸堿性分析解答，題目難度中等．