Question

14．可以將氧化還原反應(yīng)2H₂+O₂=2H₂O設(shè)計成原電池．
（1）利用H₂、O₂、HCl溶液構(gòu)成燃料電池，
正極的電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4eˉ=2H₂O；
負極的電極反應(yīng)式為2H₂-4eˉ=4H⁺．
（2）把H₂改成CH₄，KOH溶液作電解質(zhì)，則負極的電極反應(yīng)式CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，當導(dǎo)線中通過8mol電子時，需消耗2mol的KOH；將4mol CH₄完全與Cl₂發(fā)生取代反應(yīng)，并生成等物質(zhì)的量的四種氯代物，則理論上需要消耗Cl₂的物質(zhì)的量為10mol．

Answer 1

分析 （1）酸性氫氧燃料電池中，負極上燃料失電子生成氫離子、正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；
（2）堿性甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水和碳酸根離子，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子；根據(jù)電池反應(yīng)式中KOH和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計算；甲烷取代反應(yīng)中，被取代H原子的物質(zhì)的量與氯氣的物質(zhì)的量相等．

解答 解：（1）酸性氫氧燃料電池中，負極上燃料失電子生成氫離子、正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，正極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4eˉ=2H₂O、負極反應(yīng)為2H₂-4eˉ=4H⁺，故答案為：O₂+4H⁺+4eˉ=2H₂O；2H₂-4eˉ=4H⁺；
（2）堿性甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水和碳酸根離子，電極反應(yīng)為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；電池反應(yīng)式為CH₄+2KOH+2O₂=K₂CO₃+3H₂O，根據(jù)KOH和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式得消耗n（KOH）=$\frac{8mol}{8}×2$=2mol；甲烷取代反應(yīng)中，被取代H原子的物質(zhì)的量與氯氣的物質(zhì)的量相等，生成等物質(zhì)的量的四種氯代物，則生成四種氯代物的物質(zhì)的量都是1mol，消耗氯氣的物質(zhì)的量=1mol×（1+2+3+4）=10mol，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；2；10．

點評 本題考查了原電池原理及物質(zhì)的量的計算，根據(jù)溶液酸堿性書寫電極反應(yīng)式，注意烷烴發(fā)生取代反應(yīng)時被取代氫原子與氯氣的物質(zhì)的量之比，為易錯點．