Question

8．请回答下列问题：
Ⅰ．甲烷气体和氧气反应放出的能量可以直接转化成电能，某构造如图1所示：a、b两个电极均由多孔的碳块组成．其中a是负极，a电极上的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，b电极上的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
Ⅱ．上述电池可以作为电源直接对外供电，如图2电源两极为M、N，图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极．通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体．回答：
（1）直流电源中，M为正极．
（2）Pt电极上生成的物质是银，其质量为2.16g．
（3）若右装置电解液改成饱和氯化钠溶液，则电极方程式c极为阳极，饱和氯化钠溶液发生电解的化学方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．

Answer 1

分析 Ⅰ．甲烷气体和氧气反应放出的能量可以直接转化成电能形成原电池反应，甲烷在负极上失电子发生氧化反应，氧气在正极上得到电子生成氢氧根离子；
Ⅱ．通电一段时间后，b电极变粗，说明溶液中的阳离子在b电极上得电子，所以b电极是阴极，则a、c是阳极，d是阴极，M是原电池正极，N是负极；
（1）根据以上分析确定M的电极；
（2）电解池阴极上析出银，根据转移电子数计算生成银的质量；
（3）M为正极，N为负极，则d为阴极，c为阳极，电解饱和食盐水阳极生成氯气，阴极生成氢气，溶液中生成氢氧化钠．

解答 解：Ⅰ．甲烷气体和氧气反应放出的能量可以直接转化成电能形成原电池反应，甲烷在负极上失电子发生氧化反应，氧气在正极上得到电子生成氢氧根离子，a为负极，电极反应为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，b电极为正极，电极反应为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案为：负；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
Ⅱ．（1）根据题意知，电极a、b上没有气体生成，则a作阳极，b为阴极，所以M是原电池正极，故答案为：正；
（2）电解稀硫酸反应时，当通电一段时间后，c、d两极共收集到336mL气体（标准状况），则阴极发生2H⁺+2e^-═H₂↑，阳极发生4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，实际上电解的是水，电池反应式为：2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，根据方程式知，生成氢气的体积占总体积的$\frac{2}{3}$所以混合气体中氢气的体积是224mL，根据2H⁺+2e^-═H₂↑知，转移电子的物质的量是0.02mol，串联电解池中转移电子数相等，电镀池阴极上析出银的质量为
  Ag⁺+e^-=Ag
 1mol       108g 
0.02mol    2.16g
故答案为：银；2.16；
（3）M为正极，N为负极，则d为阴极，c为阳极，电解饱和食盐水阳极生成氯气，阴极生成氢气，溶液中生成氢氧化钠，反应的化学方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，
故答案为：阳极；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．

点评 本题以电解池原理为载体考查了物质的量的有关计算、原电池正负极的判断等知识点，明确发生的电极反应及电子守恒是解答本题的关键，题目难度中等．