Question

3．如图为氢氧燃料碱性电池，电极材料为疏松多孔石墨棒．根据所学知识试回
答下列问题：
（1）写出氢氧燃料电池工作时正极电极反应方程式：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-．
（2）如果该氢氧燃料电池每转移0.1mol电子，消耗标准状况下氧气的体积为0.56．
（3）阳离子向正极极移动（填写正或负），反应一段时间后整个溶液的碱性减弱（填增强，减弱或者不变）．
（4）若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，负极反应式为CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；电池总离子反应方程式为CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）燃料电池中电子从负极流向正极，正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子；
（2）根据电极方程式中电子与氧气的关系求算；
（3）原电池中阳离子移向正极，根据总反应判断溶液酸碱性的变化；
（4）甲烷燃料电池中甲烷在负极失电子生成碳酸根离子和水，先写出负极反应式，然后写出相应的电极反应式．

解答 解：（1）氢氧燃料电池中，电解质溶液为碱，则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，则其电极反应式为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
故答案为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（2）已知2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，则每转移0.1mol电子消耗的氧气为：$\frac{1}{4}$×0.1mol=0.025mol，所以V（O₂）=nV_m=0.025mol×22.4L/mol=0.56L；
故答案为：0.56；
（3）原电池中阳离子移向正极；燃料电池的总反应为2H₂+O₂=2H₂O，反应后溶液体积增大，溶液的碱性减弱；
故答案为：正极；减弱；
（4）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，碱性条件下，甲烷在负极生成碳酸根离子，其电极反应式为：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子；正负极上的电极反应式相加得总反应方程式，所以总反应方程式为CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．故答案为：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．

点评 本题考查了燃料电池电极反应式及电池反应方程式的书写，燃料在负极上失电子发生氧化反应，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，书写电极反应式时要结合电解质溶液确定生成的离子．