Question

I．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。回答下列有关问题。

(1)反应CH₄+H₂O3H₂+CO，当有2 mol CH₄参加该反应，则转移____mol电子。

(2)电池工作时， 向电极____(填“A” 或”B”)移动。

(3)电极A上H₂参与的电极反应为______。

II.某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，现断开K₂闭合K₁，两极均有气泡产生；一段时间后， 断开K₁，闭合K₂，发现电流表指针偏转，请回答下列有关该问题：

(1)断开K₂， 闭合K₁时，总反应的离子方程式为________。

(2)断开K₂，闭合K₁时，________电极附近溶液变红。

(3)断开K₁，闭合K₂时，铜电极作______极；石墨电极上的电极反应为______。

Answer

12 A H2+-2e－=CO2+H2O 2H2O+2Cl- Cl2↑+H2↑+2OH- 铜 负 Cl2+2e-=2Cl-

【解析】

甲烷和水经催化重整生成CO和H2，反应中C元素化合价由-4价升高到+2价，H元素化合价由+1价降低到0价，原电池工作时，CO和H2为负极反应，被氧化生成二氧化碳和水，正极为氧气得电子生成CO32-；断开K2，闭合K1时，是电解池装置，两极均有气泡产生，石墨做阳极，溶液中氯离子失电子发生氧化反应，铜做阴极，氢离子得到电子发生还原反应；断开K1，闭合K2时，发现电流表指针偏转，证明是原电池反应，形成氢氯燃料电池，铜做负极氢气失电子发生氧化反应，石墨作正极，氯气发生还原反应，由此分析。

I．(1)CH4参加该反应转变为CO，化合价从-4价升高到+2价，升高6，则参加反应共转移6mol电子，2 mol CH4参加该反应转移12mol电子；
(2)原电池中阴离子向负极移动，A为负极，所以向电极A移动，

(3)通入氧气的一极为正极，则B为正极，A为负极，负极上H2和CO被氧化生成二氧化碳和水，故电极A的反应为H2+2＋CO-4e－=3CO2+H2O，氢气发生的反应为：H2+-2e－=CO2+H2O；

II. (1)断开K2，闭合K1时，是电解池装置，电解饱和食盐水的总反应的离子方程式为2H2O+2Cl- Cl2↑+H2↑+2OH-；
(2)断开K2，闭合K1时，是电解池装置，两极均有气泡产生，说明两极产生的气体分别是氢气和氯气，因此活泼金属Cu不能做阳极，Cu做阴极，石墨做阳极，阳极上(石墨电极上)氯离子失电子发生氧化反应，阴极上(Cu电极上)氢离子得到电子发生还原反应，依据水的电离平衡，氢氧根离子浓度增大酚酞变红；

(3)断开K1，闭合K2时，发现电流表指针偏转，证明是原电池反应，形成氢氯燃料电池，据根据分析可知，Cu电极上产生了氢气，石墨电极上产生了氯气，因此铜做负极发生氧化反应，石墨电极上发生还原反应：Cl2+2e-=2Cl-。