Question

5．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)的化學方程式為：CH₄+O₂═CO₂+2H₂O
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，這個電極是燃料電池的負極（填“正極”或“負極”），另一個電極上的電極反應(yīng)式為：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-
③隨著電池不斷放電，電解質(zhì)溶液的堿性減�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不變”）
④通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率大于（填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃燒的能量利用率．
（2）據(jù)報道，最近摩托羅拉（MOTOROLA）公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質(zhì)溶液的新型手機電池，電量是現(xiàn)用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續(xù)使用1個月充電一次．假定放電過程中，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2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O
②甲醇在負極極發(fā)生反應(yīng)（填正或負），電池在放電過程中溶液的pH將較低（填降低或上升、不變）．

Answer 1

分析 （1）①該燃料電池中，甲烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水；
②燃料電池中，通入燃料的電極是負極，通入氧化劑的電極是正極，堿性條件下，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子；
③根據(jù)電池反應(yīng)式知，隨著反應(yīng)的進行，溶液中KOH參加反應(yīng)導(dǎo)致濃度降低；
④燃料電池中大部分化學能轉(zhuǎn)化為電能，燃料燃燒時，很多化學能轉(zhuǎn)化為熱能、光能等；
（2）①甲醇燃料堿性電池中，甲醇和堿反應(yīng)生成碳酸根離子和水；
②負極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電池反應(yīng)式中氫氧根離子濃度變化判斷pH變化．

解答 解：（1）①該燃料電池中，甲烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，故答案為：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O；
②CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O中C元素化合價由-4價變?yōu)?4價，所以甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其所在電極為負極，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，故答案為：負極；2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-；
③該燃料電池電池反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，氫氧根離子參加反應(yīng)，所以反應(yīng)過程中氫氧根離子濃度減小，溶液的pH減小，故答案為：減�。�
④燃料電池中大部分化學能轉(zhuǎn)化為電能，燃料燃燒時，很多化學能轉(zhuǎn)化為熱能、光能等，所以燃料燃燒能量利用率較低，故答案為：大于；
（2）①甲醇燃料堿性電池中，甲醇和堿反應(yīng)生成碳酸根離子和水，離子反應(yīng)方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
②負極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電池反應(yīng)式知，氫氧根離子參加反應(yīng)導(dǎo)致溶液中氫氧根離子濃度降低，所以溶液的pH下降，故答案為：負；降低．

點評 本題考查化學電源新型電池，為高頻考點，所有的燃料電池中負極通入燃料、正極通入氧化劑，但電解質(zhì)有酸性溶液、堿性溶液、熔融鹽或熔融氧化物類型，難點是電極反應(yīng)式的書寫．