Question

图为CH₄燃料电池的装置(A、B为多孔碳棒)：

(1)____(填A或B)处电极入口通甲烷，其电极反应式为__________。

(2)该燃料电池工作时溶液中的K^＋向_____(填A或B)极移动。

(3)现有500 mL KNO₃和Cu(N0₃)₂的混合溶液，其中c(NO₃^－)＝6.0mol·L^－1，若以CH₄燃料电池作为外接电源，且两极均用石墨作电极电解此混合溶液，工作一段时间后，电解池中两极均收集到22.4 L气体(标准状况，下同)，则燃料电池消耗CH₄体积为________L；假定电解后溶液体积仍为500 mL，原混合溶液中c(K^＋)为_______mol·L^－1。

Answer

B CH4＋10OH－－8e－= CO32－＋7H2O A 11.2 2.0

【解析】

根据原电池的工作原理及电极反应方程式书写分析解答；根据电解池的工作原理及电极反应方程式书写分析解答；根据物质的量相关计算分析解答。

(1) 根据电子流向知，B为负极、A为正极，燃料电池中通入燃料的电极为负极、通入氧化剂的电极为正极，所以B处通入甲烷，甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，

故答案为B；CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O；

(2)原电池中，阳离子通常向正极移动，所以K+向A极移动，

故答案为A；

(3) KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中，阳极上的电极反应式：4OH--4e-=2H2O+O2↑，当产生22.4L即1mol（标准状况）氧气时，转移电子是4mol，根据转移电子数守恒，可知原电池中甲烷转移4mol电子，根据电极反应式可知，甲烷中的碳元素的化合价由-4升高到+4，则n(CH4)=0.5mol，即标况下为11.2L；阴极上先发生电极反应：Cu2++2e-=Cu，然后是：2H++2e-=H2↑，在阴极上生成1mol的氢气时，转移电子是2mol，所以铜离子共得到电子是2mol，根据电子得失守恒：n（Cu2＋）=1mol；再根据溶液中电荷守恒，在500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中存在关系：2c(Cu2＋)+c(K＋)=c(NO3-)，可以求出c(K＋)=2 mol·L－1 。