Question

【題目】CH4﹣O2燃料電池具有放電穩定，無污染等優點，如圖用甲烷氧氣燃料電池電解飽和氯化鈉溶液的模型圖，其中氯化鈉溶液滴有酚酞試液。已知甲烷氧氣燃料電池的總反應式為：CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O請認真讀圖，回答以下問題：

（1）請寫出通入甲烷氣體的一極所發生的電極反應式：____________________，其附近的pH值________（填“不變”或“變大”或“變小”） 通入O2氣體的一極所發生的電極反應式：_______________,其附近的pH值________（填“不變”或“變大”或“變小”）。

（2）a為_______極，電極反應式為______________；b為_______極，電極反應式為_________________，現象是_______________；總方程式為 ____________________________。

（3）如果通入1mol的甲烷完全參與電極反應，則電路中轉移___________mol的電子，a電極產生的氣體在標準狀況下的體積為______________L。

Answer 1

【答案】 CH4﹣8e﹣+10OH﹣═CO32﹣+7H2O 變小 O2+2H2O+4e－ =4OH－ 變大 陽極 2Cl-－2e－ = Cl2↑ 陰極 2H++ 2e- = H2 ↑ b電極附近變紅 2NaCl+2H2O2NaOH+ H2↑ + Cl2↑ 8mol 89.6L

【解析】本題考查原電池電極反應式的書寫、電解原理的應用以及計算，（1）左邊裝置為燃料電池，通入甲烷的一極為負極，因為電解質為KOH溶液，因此負極反應式為CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O，根據負極反應式，消耗OH－，因此負極附近的pH變小；通入氧氣一極為正極，反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，產生了OH－，則pH變大；（2）a與燃料電池的正極相連，即a電極為陽極，電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，b電極連接燃料電池的負極，則b電極為陰極，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，因此NaCl溶液中滴入酚酞，則b電極現象是b電極附近變紅，總反應式為 2NaCl+2H2O 2NaOH＋ H2↑ + Cl2↑；（3） 根據(1)1mol甲烷完全參與反應，轉移電子物質的量為8mol，根據電子守恒，建立關系式為CH4～8e－～4Cl2，消耗1mol甲烷，a電極產生4molCl2，即氯氣的體積為4×22.4L=89.6L。