Question

Ⅰ．下图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少；甲池中发生的反应为：CH₄ +2O₂ + 2KOH ＝ K₂CO₃+ 3H₂O 。回答下列问题：

（1）M 电极材料是           ，N电极的电极反应式为                     ，通入甲烷的铂电极上发生的电极反应式为              。

（2）在此过程中，乙池中某一电极析出金属银4.32g 时，甲池中理论上消耗标准状况下的氧气体积为______L；若此时乙池溶液的体积为400mL，则乙池溶液中的H⁺的物质的量浓度为         。

Answer

（1）铁；4 OH- — 4 e- ＝ O2 ↑ + 2H2O；CH4 － 8e- + 10 OH- ＝ CO32- + 7H2O；

（2）0.224L；0.1mol/L

【解析】

试题分析：（1）碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极，负极上甲烷失电子发生氧化反应，电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，通入氧气的一极为原电池的正极，乙池为电解池，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，N连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为石墨材料，N为阳极，电极反应式是4OH--4e-=O2↑+2H2O，M为阴极，电极材料是Fe，电极反应式为Ag++e-=Ag，则乙池的总反应式为4AgNO3+2H2O4Ag↓+O2↑+4HNO3，故答案为：铁；4OH--4e-=O2↑+2H2O；CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；

（2）n（Ag）==0.04mol，根据Ag++e-=Ag可知转移电子为0.04mol，甲池中通入氧气的一极为正极，反应式为2O2+8H++8e-=4H2O，则消耗n（O2）=×0.04mol=0.01mol，V（O2）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L，4e-～～4HNO3，转移电子为0.04mol，所以生成硝酸的物质的量为0.04mol，所以乙池中溶液的H+的浓度为：=0.1mol/L，故答案为：0.224；0.1mol/L。

考点：考查了原电池原理和电解池原理的相关知识。