Question

新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH₄和O₂，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。回答下列问题：

①甲烷燃料电池负极的电极反应为________________________。

②闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是____________（填化学式），电解氯化钠溶液的总反应方程式为_________________________；

③若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F＝9.65×10⁴ C · mol^－1，列式计算），最多能产生的氯气体积为__________L(标准状况）。

Answer

(1） CH4＋10OH－－8e－＝CO2↑＋7H2O

(2）H22NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑(3）3.45×104C 4

【解析】

试题分析：（1）甲烷在负极通入，电解质溶液显碱性，则甲烷燃料电池负极的电极反应为CH4＋10OH－－8e－＝CO2↑＋7H2O；

（2）b电极是阴极，氢离子放电，产生H2；惰性电极电解食盐水的方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

(3）1分子甲烷失去8个电子，则理论上通过电解池的电量为×8×9.65×104C·mol－1＝3.45×104C；根据电子得失守恒可知产生氯气的体积是。

【考点定位】本题主要是考查电化学原理的应用与有关计算

【名师点晴】应对电化学定量计算的三种方法：（1）计算类型：原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。（2）方法技巧：①根据电子守恒计算：用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。②根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。③根据关系式计算：根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。例如：

， (式中M为金属，n为其离子的化合价数值）该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－）×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。