Question

15．燃料電池作為一種新型能源由于電極材料豐富，電解質(zhì)多樣（可以是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等），將滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域．
（1）堿性燃料電池（AFG）是采用30%-50%KOH溶液作電解質(zhì)溶液，以H₂為燃料在一定條件下使其發(fā)生反應(yīng)，試用方程式表示該電池的電極反應(yīng)：正極O₂+2H₂O+4e-=4OH^-，負(fù)極2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O．
（2）燃料電池的電解質(zhì)溶液可以是堿性，也可以是酸性．下列物質(zhì)最適合作實(shí)用型氫氧燃料電池的是A（A．濃鹽酸 B.98%濃硫酸 C．磷酸 D．碳酸），書寫電極反應(yīng)式：
正極O₂+4H⁺+4e-=2H₂O，
負(fù)極2H₂-4e^-=4H⁺．
（3）固態(tài)氧化物燃料電池以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許O^2-在其間通過，該電池工作原理如圖所示，多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)．其中正極是a（填a或b），
正極反應(yīng)式：O₂+4e^-═2O^2-，
負(fù)極反應(yīng)式H₂+O^2--2e^-=H₂O．
（4）燃料電池除了用H2外，還可以用其他氣體如CO、CH₄等，若用CH₃CH₂OH作燃料，則它將在b極反應(yīng)（填“a”或“b”），寫出酸性條件下該電極反應(yīng)式：C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺，寫出在堿性條件下該電極反應(yīng)式：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）氫氧燃料電池工作時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，注意堿性電解質(zhì)的條件下，負(fù)極產(chǎn)物是氫離子，正極產(chǎn)物是氫氧根離子，在酸性環(huán)境下，負(fù)極產(chǎn)物是氫離子，正極產(chǎn)物是水；
（2）電池的電解質(zhì)是強(qiáng)電解質(zhì)，在酸性環(huán)境下，負(fù)極產(chǎn)物是氫離子，正極產(chǎn)物是水；
（3）該燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為：H₂+O^2--2e^-=H₂O，通入氧化劑的電極為正極，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-═2O^2-，據(jù)此回答；
（4）原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，乙醇燃料電池中，乙醇被氧化，所以負(fù)極為乙醇失去電子的過程．

解答 解：（1）氫氧燃料電池工作時(shí)，氫氣為燃料，負(fù)極燃料氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)，正極是氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣是氧化劑，堿性氫氧燃料電池工作時(shí)，在負(fù)極上通入氫氣，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O，在正極上通入氧氣，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e-=4OH^-；2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O；
（2）電池的電解質(zhì)是強(qiáng)電解質(zhì)C．磷酸 D．碳酸都是弱電解質(zhì)，不符合要求，B.98%濃硫酸 中沒有自由移動(dòng)的離子，不能做電解質(zhì)，故選A．在酸性環(huán)境下，負(fù)極上通入氫氣，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H₂-4e^-=4H⁺，在正極上通入氧氣，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e-=2H₂O，故答案為：A；O₂+4H⁺+4e-=2H₂O；2H₂-4e^-=4H⁺；
（3）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移的方向，所以a是正極，b是負(fù)極，通入氧化劑的電極為正極，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-═2O^2-，通入燃料的電極為負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為：H₂+O^2--2e^-=H₂O，故答案為：O₂+4e^-═2O^2-；H₂+O^2--2e^-=H₂O；
（4）在乙醇燃料電池中，負(fù)極b極上是燃料乙醇發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下的電極反應(yīng)為：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，在酸性環(huán)境下的電極反應(yīng)為：CH₃CH₂OHC₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺，故答案為：b；C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)電源新型電池的工作原理，題目難度中等，解答本題的關(guān)鍵是能根據(jù)電池總反應(yīng)判斷正負(fù)極，并能寫出電極反應(yīng)式，為解答該題的易錯(cuò)點(diǎn)，注意把握．