Question

新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH₄和O₂ ，電解
質為KOH溶液。某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源，進行飽和氯化鈉溶液的電解實驗，如圖所示。

回答下列問題：
（1）甲烷燃料電池正極的電極反應式為 　 　   　　　　 　　、負極的電極反應式為 　                　　。
（2）閉合K開關后，a、b電極上均有氣體產生．其中b電極上得到的是　　　　　 ，電解氯化鈉溶液的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　        ；若電解一段時間后，石墨棒上產生標準狀況下的Cl₂ 224 mL，電解后的溶液總體積為200 mL，則溶液的pH =      。
（3）若每個電池甲烷通入量為 1 L(標準狀況)，且反應完全，則理論上通過電解池的電量為　　　　　　　　         　　　　（法拉第常數F = 9．65×l0⁴C· mol^-1，列式計算)，最多能產生的氯氣體積為　　 　　L (標準狀況)。

Answer 1

（1）2O₂＋8e^－＋4H₂O = 8OH^－，CH₄－8e^－＋10OH^－= CO₃^2－＋7H₂O（各2分）
（2）H₂（1分）　 2NaCl＋2H₂O2NaOH＋H₂↑＋Cl₂↑（1分）   13（1分）
（3）×8×9．65× 10⁴C·mol^－1＝3．45× 10⁴C　 　 4（各2分）

解析試題分析：甲烷燃料電池中燃料甲烷作負極，氧氣作正極，電解質溶液為堿性，負極失電子發生氧化反應，電極反應式為CH₄－8e^－＋10OH^－= CO₃^2－＋7H₂O，正極得電子發生還原反應，電極反應式為2O₂＋8e^－＋4H₂O = 8OH^－，a極是陽極，b極是陰極，2NaCl＋2H₂O2NaOH＋H₂↑＋Cl₂↑，陰極產物有氫氣和NaOH，陽極產物是氯氣，產生氯氣0．01摩爾，有方程式可知，NaOH的物質的量為0．02摩爾，C(OH-)=0．1mol/L，pH =13；若每個電池甲烷通入量為 1 L(標準狀況)，且反應完全，則理論上通過電解池的電量，1摩爾甲烷轉移8摩爾電子，因此×8×9．65× 10⁴C·mol^－1＝3．45× 10⁴C　，生成1摩爾氯氣需要轉移2摩爾電子，因此，1升甲烷最多可以制的4升氯氣。
考點：考查原電池和電解池