Question

【題目】如圖1所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙燒杯中X為陽離子交換膜。請按要求回答相關(guān)問題：

（1）甲烷燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式是___________；正極電極反應(yīng)式是___________________

（2）石墨(C)為__________極，其電極反應(yīng)式為____________________________；乙中總反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________

（3）若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24 L氧氣參加反應(yīng)，則丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為_________g ；

（4）若將甲裝置中的甲烷換成甲醇(CH3OH),KOH溶液換成稀硫酸，則負(fù)極電極反應(yīng)式為___________，消耗等量氧氣時(shí)，需要甲烷與甲醇的物質(zhì)的量之比為_________。

（5）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料電池，其原理見圖2，該電池在使用過程中石墨I電極上生成氧化物Y，其電極反應(yīng)式為________________________________

Answer 1

【答案】CH4+10OH--8e－＝CO32-+7H2OO2+2H2O+4 e－＝4OH-陽2Cl－－2e－＝Cl2↑；2Cl－+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑12.8gCH3OH-6e－+H2O=CO2+6H+3:4NO2+NO3-－2e－ =N2O5

【解析】

（1）燃料電池中，負(fù)極上投放燃料，所以投放甲烷的電極是負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH4+10OH--8e－＝CO32-+7H2O，正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e－＝4OH-；

故答案為：CH4+10OH--8e－＝CO32-+7H2O；O2+2H2O+4e－＝4OH-；

（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨電極是陽極，陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑，乙中總反應(yīng)的離子方程式為2Cl－+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；

故答案為：陽；2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑；2Cl－+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；

（3）串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=×4=0.4mol，丙裝置中陰極上析出銅，設(shè)析出銅的質(zhì)量為xg，

2Cu 2++2e﹣=Cu

2mol 64g

0.4mol xg

解得x=12.8，

故答案為：12.8；

（4）在甲醇燃料電池中，負(fù)極上是燃料甲醇發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在酸性環(huán)境下，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH3OH-6e－+H2O=CO2+6H+；由電極反應(yīng)式可知，1mol CH4轉(zhuǎn)移8mol電子，1mol CH3OH轉(zhuǎn)移6mol電子，根據(jù)電子守恒，當(dāng)消耗等量氧氣時(shí)，即轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量相同時(shí)，需要甲烷與甲醇的物質(zhì)的量之比為=3:4，
故答案為：CH3OH-6e－+H2O=CO2+6H+；3:4；

（5）氧氣在Ⅱ電極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極Ⅰ上發(fā)生氧化反應(yīng)，NO2被氧化生成的氧化物只能是N2O5，電極Ⅰ上的電極反應(yīng)式為：NO2+NO3-－2e－ =N2O5，

故答案為：NO2+NO3-－2e－ =N2O5。