Question

7．被譽為改變未來世界的十大新科技之一的燃料電池具有無污染、無噪音、高效率的特點．如圖為氫氧燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極材料為疏松多孔石墨棒．當氧氣和氫氣分別連續(xù)不斷地從正、負兩極通入燃料電池時，便可在閉合回路中不斷地產(chǎn)生電流．試回答下列問題：
（1）氫氣進入的這級為負極；
（2）寫出氫氧燃料電池工作時電極反應方程式：負極：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O；正極：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）該氫氧燃料電池每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗標準狀態(tài)下0.56L氧氣；
（4）若將此燃料電池改進為直接以甲烷和氧氣為原料進行工作時，負極反應式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）氫氧燃料電池中，通入燃料的電極是負極；
（2）氫氧燃料電池電解質(zhì)溶液為堿，則正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；
（3）根據(jù)電極方程式中電子與氧氣的關系求算；
（4）燃料電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應；堿性條件下，甲烷燃燒生成碳酸根離子．

解答 解：（1）氫氧燃料電池中，通入燃料的電極是負極，即氫氣進入的電極是負極，故答案為：負；
（2）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，則其電極反應式為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；負極上是：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O；
故答案為：負極：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O；正極：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）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（O ₂）=nV_m=0.025mol×22.4L/mol=0.56L；
故答案為：0.56；
（4）燃料電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應，堿性條件下，甲烷在負極生成碳酸根離子，其電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；堿性條件下，甲烷燃燒生成的二氧化碳再與氫氧根離子結(jié)合生成碳酸根離子，則總反應方程式為：CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O；
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

點評 本題考查學生原電池的工作原理并以原電池為載體考查了電極反應方程式的書寫，該題較基礎，難度不大．