Question

【題目】如圖所示，A為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(zhì)為KOH溶液。B為浸透飽和食鹽水和酚酞試液的濾紙，濾紙中央滴有一滴KMnO4溶液，C、D為電解槽，其電極材料、電解質(zhì)溶液見(jiàn)圖。

（1）甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)式分別為____；____。

（2）關(guān)閉K1，打開(kāi)K2，通電后，B的KMnO4紫紅色液滴向d端移動(dòng)，則電源a端為___極，通電一段時(shí)間后，觀察到濾紙c端出現(xiàn)的現(xiàn)象是_____。

（3）已知C裝置中溶液為AgNO3溶液，D裝置的溶液為Cu(NO3)2溶液，打開(kāi)K1，關(guān)閉K2，通電一段時(shí)間后，D裝置中Cu極的電極反應(yīng)式為____，C裝置中總反應(yīng)的離子方程式為___。

（4）若C裝置中AgNO3溶液足量，且溶液體積為1L，電解一段時(shí)間后，C裝置中產(chǎn)生O2的體積為0.56 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則電路通過(guò)的電子的物質(zhì)的量為___，溶液的pH為___(忽略溶液體積變化)。

Answer 1

【答案】2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－ CH4＋10OH－－8e－＝CO32-＋7H2O 負(fù) 變紅色 Cu－2e－＝Cu2＋ 4Ag＋+2H2O4Ag＋O2↑＋4H+ 0.1mol 1

【解析】

(1)燃料電池中，燃料電極為負(fù)極，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化劑電極為正極，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；

(2)關(guān)閉K1，打開(kāi)K2，為電解飽和食鹽水裝置，通電后，B的KMnO4紫紅色液滴向d端移動(dòng)，根據(jù)電解池工作原理，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)判斷電源的正負(fù)極并判斷反應(yīng)現(xiàn)象；

(3)打開(kāi)K1，關(guān)閉K2，為電解硝酸銀和硝酸銅的串聯(lián)電路，結(jié)合電解原理分析解答；

(4)根據(jù)(3)的分析，結(jié)合電子得失電子守恒分析計(jì)算。

(1)甲烷燃料電池中通入甲烷的電極為負(fù)極，通入氧氣的電極為正極，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為：2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－；負(fù)極上甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為：CH4＋10OH－－8e－＝CO32-＋7H2O，故答案為：2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－；CH4＋10OH－－8e－＝CO32-＋7H2O；

(2)根據(jù)題意，KMnO4紫紅色液滴向d端移動(dòng)，說(shuō)明高錳酸根離子向d端移動(dòng)，可推出d極為陽(yáng)極，進(jìn)一步可確定電源a端為負(fù)極，b端為正極，濾紙c端為陰極，通電一段時(shí)間后，濾紙c端發(fā)生反應(yīng)為2H++2e-=H2↑，c端附近溶液顯堿性，滴加酚酞呈紅色，故答案為：負(fù)；變紅色；

(3)打開(kāi)K1，關(guān)閉K2，為電解硝酸銀和硝酸銅的串聯(lián)電路，D裝置中Cu極連接電源的正極，為電解池的陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為Cu-2e-=Cu2+；C裝置中右端Pt電極為陽(yáng)極，氫氧根離子放電生成氧氣，電極反應(yīng)式為4OH--4e-=2H2O+O2↑，左端Pt電極為陰極，銀離子放電生成銀，電極反應(yīng)式為Ag ++e-= Ag，電解總反應(yīng)為4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+，故答案為：Cu-2e-=Cu2+；4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+；

(4)C裝置中產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下O2的體積為0.56L，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為×4=0.1mol，C裝置中總反應(yīng)方程式為4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3，則生成氫離子為0.1mol，又溶液體積為1L，所以氫離子濃度為0.1mol/L，pH為1，故答案為：0.1mol；1。