Question

5．科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電能的重要途徑．
（1）氫氧燃料電池是將H₂通入負(fù)極，O₂通入正極而發(fā)生電池反應(yīng)的，其能量轉(zhuǎn)換率高．
①若電解質(zhì)溶液為KOH，其負(fù)極反應(yīng)為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，電池總反應(yīng)為2H₂+O₂=2H₂O．
②若電解質(zhì)溶液為硫酸，其正極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，負(fù)極反應(yīng)為H₂-2e^-=2H⁺；
（2）近幾年開(kāi)發(fā)的甲醇燃料電池是采用鉑作電極催化劑，電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過(guò)．其工作原理的示意圖如圖：
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①Pt（a）電極是負(fù) 極，電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；
②Pt（b）電極發(fā)生還原反應(yīng)（填“氧化”或“還原”）．
③該電池的總反應(yīng)方程式為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O．
④如果該電池工作時(shí)電路中通過(guò)3mol電子，則消耗掉的CH₃OH有0.5mol．

Answer 1

分析 （1）①若電解質(zhì)溶液為KOH溶液時(shí)，負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，總反應(yīng)為燃燒反應(yīng)；
②酸性條件下，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子；
（2）①該原電池中質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過(guò)，說(shuō)明電解質(zhì)溶液為酸性溶液，燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②通入氧化劑的電極為正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
③原電池反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為氧化還原反應(yīng)，甲醇被氧化生成二氧化碳和水；
④根據(jù)甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算．

解答 解：（1）①若電解質(zhì)溶液為KOH溶液時(shí)，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，總反應(yīng)為：2H₂+O₂=2H₂O，故答案為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；2H₂+O₂=2H₂O；
②酸性條件下，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子，電極反應(yīng)式為H₂-2e^-=2H⁺，
故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；H₂-2e^-=2H⁺；
（2）①該原電池中質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過(guò)，說(shuō)明電解質(zhì)溶液為酸性溶液，燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電解方程式為CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，故答案為：負(fù)；CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；
②通入氧化劑的電極為正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，故答案為：還原；
③原電池反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為氧化還原反應(yīng)，甲醇被氧化生成二氧化碳和水，電池總反應(yīng)為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，故答案為：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O；
④由電極方程式CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺可知，如果該電池工作時(shí)電路中通過(guò)3mol電子，則消耗的CH₃OH有0.5mol，故答案為：0.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了燃料電池，根據(jù)離子交換膜通過(guò)的微粒確定電解質(zhì)溶液的酸堿性，再結(jié)合正負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)來(lái)分析解答，題目難度不大．