Question

15．新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料．兩電極上分別通入CH₄和O₂，電解質為KOH溶液．
（1）通入甲烷的一極作原電池的甲烷極（填“正”或“負”，下同），通入O₂的一極作原電池的氧氣
極．
（2）該甲烷燃料電池中，負極反應式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，正極反應式為2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-．
（3）電池工作時，該燃料電池中OH^-向負極移動，K⁺向正極移動．
（4）甲烷燃料電池工作時，若某一電極上消耗11.2L（標準狀況下）的CH₄氣體，線路中轉移電子的個數(shù)是4N_A（N_A為阿伏伽德羅常數(shù)的值）．
（5）若將甲烷燃燒電池的電解質溶液由KOH溶液改為稀硫酸，則此時的負極反應式為CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，正極反應式為2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O．

Answer 1

分析 （1）燃料電池中通燃料的是負極，發(fā)生氧化反應；通氧氣的是正極發(fā)生還原反應；
（2）甲烷堿性燃料電池中正極氧氣得電子被還原，負極甲烷失電子被氧化；
（3）原電池工作時陰離子向負極移動；陽離子向正極移動；
（4）根據原電池工作原理及電子守恒計算出轉移的電子數(shù)；
（5）電解質溶液由KOH溶液改為稀硫酸，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應：2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O．

解答 解：（1）燃料電池中通燃料的是負極，所以負極是甲烷，發(fā)生氧化反應；通氧氣的是正極發(fā)生還原反應，所以氧氣是正極，故答案為：甲烷；氧氣；
（2）在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應式為CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正極是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，負極是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；
（3）原電池工作時陰離子向負極移動，所以該燃料電池中OH^-向負極移動；陽離子向正極移動，所以K⁺向正極移動，故答案為：負；正；
（4）消耗11.2L（標準狀況下）的CH₄氣體，物質的量為：$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，所以轉移電子個數(shù)為：0.5mol×8×N_Amol^-1=4N_A，故答案為：4N_A；
（5）電解質溶液由KOH溶液改為稀硫酸，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應：2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O．

點評 本題考查了化學電源新型電池，根據得失電子確定正負極上通入的氣體，難點是電極反應式的書寫，注意堿性條件下甲烷失電子不能生成氫離子，要生成碳酸根離子，為易錯點．