Question

3．如圖為氫氧燃料堿性電池，電極材料為疏松多孔石墨棒．根據(jù)所學(xué)知識(shí)試回
答下列問(wèn)題：
（1）寫(xiě)出氫氧燃料電池工作時(shí)正極電極反應(yīng)方程式：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-．
（2）如果該氫氧燃料電池每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為0.56．
（3）陽(yáng)離子向正極極移動(dòng)（填寫(xiě)正或負(fù)），反應(yīng)一段時(shí)間后整個(gè)溶液的堿性減弱（填增強(qiáng)，減弱或者不變）．
（4）若將此燃料電池改進(jìn)為直接以甲烷和氧氣為原料進(jìn)行工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；電池總離子反應(yīng)方程式為CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）燃料電池中電子從負(fù)極流向正極，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；
（2）根據(jù)電極方程式中電子與氧氣的關(guān)系求算；
（3）原電池中陽(yáng)離子移向正極，根據(jù)總反應(yīng)判斷溶液酸堿性的變化；
（4）甲烷燃料電池中甲烷在負(fù)極失電子生成碳酸根離子和水，先寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式，然后寫(xiě)出相應(yīng)的電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）氫氧燃料電池中，電解質(zhì)溶液為堿，則正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，則其電極反應(yīng)式為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（2）已知2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，則每轉(zhuǎn)移0.1mol電子消耗的氧氣為：$\frac{1}{4}$×0.1mol=0.025mol，所以V（O₂）=nV_m=0.025mol×22.4L/mol=0.56L；
故答案為：0.56；
（3）原電池中陽(yáng)離子移向正極；燃料電池的總反應(yīng)為2H₂+O₂=2H₂O，反應(yīng)后溶液體積增大，溶液的堿性減弱；
故答案為：正極；減弱；
（4）燃料電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下，甲烷在負(fù)極生成碳酸根離子，其電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；正負(fù)極上的電極反應(yīng)式相加得總反應(yīng)方程式，所以總反應(yīng)方程式為CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了燃料電池電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)，燃料在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)要結(jié)合電解質(zhì)溶液確定生成的離子．