Question

【題目】圖為CH4燃料電池的裝置(A、B為多孔碳棒)：

(1)____(填A或B)處電極入口通甲烷，其電極反應(yīng)式為__________。

(2)該燃料電池工作時(shí)溶液中的K＋向_____(填A或B)極移動(dòng)。

(3)現(xiàn)有500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液，其中c(NO3－)＝6.0mol·L－1，若以CH4燃料電池作為外接電源，且兩極均用石墨作電極電解此混合溶液，工作一段時(shí)間后，電解池中兩極均收集到22.4 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況，下同)，則燃料電池消耗CH4體積為________L；假定電解后溶液體積仍為500 mL，原混合溶液中c(K＋)為_______mol·L－1。

Answer 1

【答案】B CH4＋10OH－－8e－= CO32－＋7H2O A 11.2 2.0

【解析】

根據(jù)原電池的工作原理及電極反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)分析解答；根據(jù)電解池的工作原理及電極反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)分析解答；根據(jù)物質(zhì)的量相關(guān)計(jì)算分析解答。

(1) 根據(jù)電子流向知，B為負(fù)極、A為正極，燃料電池中通入燃料的電極為負(fù)極、通入氧化劑的電極為正極，所以B處通入甲烷，甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，

故答案為B；CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O；

(2)原電池中，陽(yáng)離子通常向正極移動(dòng)，所以K+向A極移動(dòng)，

故答案為A；

(3) KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中，陽(yáng)極上的電極反應(yīng)式：4OH--4e-=2H2O+O2↑，當(dāng)產(chǎn)生22.4L即1mol（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氧氣時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是4mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒，可知原電池中甲烷轉(zhuǎn)移4mol電子，根據(jù)電極反應(yīng)式可知，甲烷中的碳元素的化合價(jià)由-4升高到+4，則n(CH4)=0.5mol，即標(biāo)況下為11.2L；陰極上先發(fā)生電極反應(yīng)：Cu2++2e-=Cu，然后是：2H++2e-=H2↑，在陰極上生成1mol的氫氣時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是2mol，所以銅離子共得到電子是2mol，根據(jù)電子得失守恒：n（Cu2＋）=1mol；再根據(jù)溶液中電荷守恒，在500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中存在關(guān)系：2c(Cu2＋)+c(K＋)=c(NO3-)，可以求出c(K＋)=2 mol·L－1 。