Question

新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH₄和O₂，电解质为KOH溶液。某研究小组将甲烷燃料电池作为电源，进行惰性电极电解饱和氯化钠溶液实验。回答下列问题：

（1）甲烷燃料电池正极的电极反应为____________、负极的电极反应为____________。

（2）下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。电解氯化钠溶液的离子反应方程式为______________。

（3）精制饱和食盐水从图中________位置补充，浓氢氧化钠溶液从图中_________位置流出。(选填“a”、“b ”、“c ”或“d” )

（4）若甲烷通入量为lL(标准状况)，且反应完全，则最多能产生的氯气体积为________ L (标准状况)。

Answer

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

（2）2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑

（3）a、d；（4）4

【解析】

试题分析：（1）在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，正极是：2O2+4H2O+8e-═8OH-，负极是：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，故答案为：2O2+4H2O+8e-=8OH-；CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；

（2）电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱，反应的离子方程式为：2H2O+2Cl-Cl2↑+2OH-+H2↑，故答案为：2H2O+2Cl-Cl2↑+2OH-+H2↑；

（3）电解槽中阴极是氢离子放电生成氢气，水电离平衡正向进行氢氧根离子浓度增大，生成氢氧化钠溶液，NaOH溶液的出口为d；Cl2在阳极，依据装置图分析可知精制饱和食盐水从阳极进入，即进口为a，故答案为：a，d；

（4）根据CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，若甲烷通入量为lL(标准状况)，且反应完全，转移的电子的物质的量为×8=mol，根据2H2O+2Cl-Cl2↑+2OH-+H2↑，最多能产生标准状况下的氯气体积为mol ××22.4L/mol=4L，故答案为：4。

考点：考查了氯碱工业、电极判断与电极反应式书的相关知识。