Question

3．可以将氧化还原反应2H₂+O₂═2H₂O设计成原电池．
（1）利用H₂、O₂、HCl溶液构成燃料电池，则正极的电极反应式为O₂+4H⁺+4e-=2H₂O；溶液中H⁺将移向正极．（填“正极”或“负极”）
（2）把H₂改成CH₄，KOH溶液作电解质溶液，则负极的电极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，当导线中通过4mol电子时，需消耗1mol的KOH；将4mol CH₄完全与Cl₂发生取代反应，并生成等物质的量的四种氯代物，则理论上需要消耗Cl₂的物质的量为10mol．

Answer 1

分析 （1）酸性氢氧燃料电池中，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，溶液中H⁺将移向正极；
（2）碱性甲烷燃料电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成水和碳酸根离子，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子；根据电池反应式中KOH和转移电子之间的关系式计算；甲烷取代反应中，被取代H原子的物质的量与氯气的物质的量相等．

解答 解：（1）酸性氢氧燃料电池中，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，正极反应为O₂+4H⁺+4e-=2H₂O，溶液中H⁺将移向正极，故答案为：O₂+4H⁺+4e-=2H₂O；正极；
（2）碱性甲烷燃料电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成水和碳酸根离子，电极反应为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；电池反应式为CH₄+2KOH+2O₂=K₂CO₃+3H₂O，根据KOH和转移电子之间的关系式得消耗n（KOH）=$\frac{4mol}{8}$=1mol；甲烷取代反应中，被取代H原子的物质的量与氯气的物质的量相等，生成等物质的量的四种氯代物，则生成四种氯代物的物质的量都是1mol，消耗氯气的物质的量=1mol×（1+2+3+4）=10mol，故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；1；10．

点评 本题考查了原电池原理及物质的量的计算，根据溶液酸碱性书写电极反应式，注意烷烃发生取代反应时被取代氢原子与氯气的物质的量之比，为易错点．