Question

18．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径．近几年开发的甲烷燃料电池是采用铂作电极催化剂，用KOH作为电池中的电解液．其工作原理的示意图如下：

请回答下列问题：
（1）甲烷燃料电池的能量转化主要形式是化学能转变为电能．
（2）Pt（a）电极是电池的负极，电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO_3^2-+7H₂O；Pt（b）电极发生还原反应（填“氧化”或“还原”），电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-
（3）电池的总反应方程式为CH₄+2OH^-+2O₂═CO_3^2-+3H₂O．
（4）如果该电池工作时电路中通过4mol电子，则消耗的CH₄有0.5 mol．

Answer 1

分析 该燃料电池中，电解质溶液呈碱性，所以负极上燃料失电子发生氧化反应，所以a电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO_3^2-+7H₂O，b电极为正极，电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，在得失电子相等的条件下，正负极电极反应式相加即得电池反应式，结合甲烷和电子之间的关系式计算．

解答 解：（1）甲烷燃料电池的能量转化主要形式是化学能转变为电能，故答案为：化学能转变为电能；
（2）燃料电池中，电解质溶液呈碱性，所以通燃料的a为负极，燃料失电子发生氧化反应，所以a电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO_3^2-+7H₂O，Pt（b）电极为正极，发生还原反应，电极方程式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，
故答案为：负；CH₄-8e^-+10OH^-═CO_3^2-+7H₂O；还原；O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
（3）正负极电极反应式相加即得电池反应式为CH₄+2OH^-+2O₂═CO_3^2-+3H₂O，故答案为：CH₄+2OH^-+2O₂═CO_3^2-+3H₂O；
（4）设甲烷的物质的量为x，
  CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺
1mol  8mol
x     4mol
1：8mol=x：4mol
x=0.5mol，
故答案为：0.5．

点评 本题考查原电池原理，侧重考查电极反应式书写，结合电解质溶液书写电极反应式，注意：碱性条件下不能生成氢离子，题目难度中等．