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）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为______________、____________。

（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__________，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）O2＋2H2O＋4e－=4OH－；CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O

（2）H2 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

（3）（1L/22.4L.mol-1）×8×9.65×104C·mol－1=3.45×104C 4

【解析】

试题分析：（1）碱性条件下甲烷燃料电池正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，负极的电极反应为CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O；

（2）a极是阳极，b极是阴极，所以b电极上氢离子得电子，得到的是H2，电解饱和氯化钠溶液时，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时溶液中产生氢氧化钠，所以电池反应式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；

（3）根据的负极反应式，通入1mol甲烷时失电子8mol，总电量为8×96500C，由于图中的两个电池是串联，故可知线路上转移的电子与一个燃料电池时相同，若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，物质的量为1/22.4mol，反应完全，则理论上通过电解池的电量为：（1L/22.4L.mol-1）×8×9.65×104 C · mol－1=3.45×104C；最多能产生的氯气体积为4L。

考点：燃料电池，电极反应