Question

13．如圖是一個甲烷燃料電池工作時的示意圖，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時，M、N兩個電極的質量都不減少，請回答下列問題：
（1）M電極的材料是Fe，其電極名稱是陰極，N的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，乙池的總反應是4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag↓+O₂↑+4HNO₃，加入甲烷的鉑電極的電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）在此過程中，乙池中某一電極析出金屬銀4.32g 時，甲池中理論上消耗氧氣為0.224L（標準狀況下），若此時乙池溶液的體積為400mL，則乙池中溶液的H⁺的濃度為0.1mol/L．

Answer 1

分析 堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負極，通入氧氣的一極為原電池的正極，乙池為電解池，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，N連接原電池的正極，應為電解池的陽極，則應為石墨材料，M為電解池的陰極，為鐵電極，電解硝酸銀溶液時，陰極反應式為Ag⁺+e^-=Ag，陽極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，結合電子的轉移的物質的量的判斷進行計算．

解答 解：（1）堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負極，負極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，通入氧氣的一極為原電池的正極，乙池為電解池，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，N連接原電池的正極，應為電解池的陽極，則應為石墨材料，N為陽極，電極反應式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，M為陰極，電極材料是Fe，電極反應式為Ag⁺+e^-=Ag，則乙池的總反應式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag↓+O₂↑+4HNO₃，
故答案為：Fe；陰極；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag↓+O₂↑+4HNO₃；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）n（Ag）=$\frac{4.32g}{108g/mol}$=0.04mol，根據(jù)Ag⁺+e^-=Ag可知轉移電子為0.04mol，甲池中通入氧氣的一極為正極，反應式為2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，則消耗n（O₂）=$\frac{1}{4}$×0.04mol=0.01mol，V（O₂）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L；乙池中某一電極析出金屬銀4.32g時，同時產(chǎn)生氫離子的物質的量是0.04mol，則其濃度是0.1mol/L，
故答案為：0.224；0.1mol/L．

點評 本題考查了原電池原理和電解池原理，為高頻考點，明確原電池和電解池電極上發(fā)生反應的類型即可分析解答本題，難度不大，注意電極反應式的書寫與電解質溶液的酸堿性有關．