Question

11．設(shè)計(jì)出燃料電池使天然氣CH₄氧化直接產(chǎn)生電流是對(duì)世紀(jì)最富有挑戰(zhàn)性的課題之一．最近有人制造了一種燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一電極通入天然氣，電池的電解質(zhì)是KOH溶液．回答如下問題：
（1）這個(gè)電池的正極發(fā)生的反應(yīng)是：O₂+4e^-=2O^2-；
（2）負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：CH₄-8e^-+4O₂^-=CO₂+2H₂O；若電池的電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-離子．
（3）固體電解質(zhì)里的O^2-的移動(dòng)方向是：由正極移向負(fù)極；
（4）天然氣燃料電池最大的障礙是氧化反應(yīng)不完全，產(chǎn)生C堵塞電極的氣體通道，有人估計(jì)，完全避免這種副反應(yīng)至少還需10年時(shí)間，正是新一代化學(xué)家的歷史使命．
（5）若將此甲烷燃料電池設(shè)計(jì)成在25%的KOH溶液中的電極反應(yīng)，該電池的負(fù)極區(qū)域的堿性會(huì)減弱（填“增強(qiáng)”、“減弱”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）該燃料電池中，正極上儀器得電子生成氧離子；
（2）負(fù)極上甲烷失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳和水；
（3）放電時(shí)，電解質(zhì)中陰離子向負(fù)極移動(dòng)；
（4）天然氣如果被氧化不完全，則生成固體碳而阻塞電極氣體通道；
（5）甲烷燃料堿性電池中，負(fù)極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水．

解答 解：（1）該燃料電池中，正極上儀器得電子生成氧離子，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-=2O^2-，故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；
（2）負(fù)極上甲烷失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+4O₂^-=CO₂+2H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+4O₂^-=CO₂+2H₂O；
（3）放電時(shí)，電解質(zhì)中陰離子向負(fù)極移動(dòng)、陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，所以氧離子向負(fù)極移動(dòng)，故答案為：由正極移向負(fù)極；
（4）天然氣如果被氧化不完全，則生成固體碳而阻塞電極氣體通道，故答案為：C；
（5）甲烷燃料堿性電池中，負(fù)極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，負(fù)極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，有氫氧根離子參加反應(yīng)導(dǎo)致溶液堿性減弱，故答案為：減弱．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)電源新型電池，明確原電池原理是解本題關(guān)鍵，側(cè)重考查學(xué)生書寫電極反應(yīng)式，書寫時(shí)要結(jié)合電解質(zhì)特點(diǎn)書寫，燃料和氧化劑相同，如果電解質(zhì)不同其電極反應(yīng)式不同．