Question

燃料電池是利用燃料（如CO、H₂、CH₄等）與氧氣反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，通常用氫氧化鉀作為電解質(zhì)溶液。
（1）完成下列關(guān)于甲烷（CH₄）燃料電池的填空：
①甲烷與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為：                          
②已知燃料電池的總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH==K₂CO₃+3H₂O，電池中有一極的電極反應(yīng)為CH₄+10OH^--8e^-="=" CO₃^2-+7H₂O，這個(gè)電極是燃料電池的     （填“正極”或“負(fù)極”），另一個(gè)電極上的電極反應(yīng)式為：             
③隨著電池不斷放電，電解質(zhì)溶液的堿性         （填“增大”、“減小”或“不變”）
④通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率        （填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃燒的能量利用率。
（2）據(jù)報(bào)道，最近摩托羅拉（MOTOROLA）公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強(qiáng)堿做電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池，電量是現(xiàn)用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續(xù)使用1個(gè)月充電一次。假定放電過(guò)程中，甲醇完全氧化產(chǎn)生的CO₂被充分吸收生成CO₃^2－。
①該電池反應(yīng)的總離子方程式為____________________________
②甲醇在____極發(fā)生反應(yīng)（填正或負(fù)），電池在放電過(guò)程中溶液的pH將____（填降低或上升、不變）。

Answer 1

（11分）（1）①CH₄+O₂CO₂+2H₂O （2分） ；  
②負(fù)極 （1分）；   2O₂+4H₂O+8e^-==8OH^- （2分）
③減小 （1分） ； ④大于（1分）
（2）①2CH₃OH+3O₂+4OH^－=2CO₃^2－+6H₂O （2分）； 
②負(fù) （1分）； 下降（1分）

試題分析：（1）①甲烷與氧氣反應(yīng)生成二氧化鈦和水，故方程式為CH₄+O₂CO₂+2H₂O。
②CH₄失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，是負(fù)極，O₂是正極，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2O₂+4H₂O+8e^-==8OH^-。
③根據(jù)反應(yīng)式可知，KOH發(fā)生反應(yīng)，故電解質(zhì)溶液的堿性減小。
④甲烷燃燒會(huì)浪費(fèi)大量的能量，故甲烷燃料電池的能量利用率大于甲烷燃燒的能量利用率。
（2）①根據(jù)題中給出的反應(yīng)物和生成物，該電池反應(yīng)的總離子方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^－=2CO₃^2－+6H₂O。
②甲醇失去電子，化學(xué)價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，故甲醇在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。強(qiáng)堿參與了反應(yīng)，故電池在放電過(guò)程中溶液的pH將降低。
點(diǎn)評(píng)：本題考查的是燃料電池和新型電源的相關(guān)知識(shí)，題目難度大，熟悉原電池的工作原理是解題的關(guān)鍵，注意基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)、掌握及應(yīng)用。