Question

8．一个完整的氧化还原反应方程式可以拆写成两个“半反应式”，一个是“氧化反应式”，一个是“还原反应式”．如2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，可拆写为氧化反应式：Cu-2e^-═Cu²⁺，还原反应式：2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺．并由此实现了化学能与电能的相互转化．据此，回答下列问题：
（1）将反应Zn+2H⁺═Zn²⁺+H₂↑拆写为两个“半反应式”：其中，氧化反应式为：Zn-2e^-=Zn²⁺．
（2）由题（1）反应，设计成原电池如图所示：
若电极a为Zn，电极b可选择材料：铜（只填一种）；电解质溶液甲是ZnSO₄；电极b处的电极反应式为：H⁺+2e^-=H₂↑．
（3）利用CH₄燃烧原理，CH₄可用于制造燃料电池，电池的电解质溶液是KOH溶液，其负极反应为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，放电时溶液中的OH^-向负极移动，如果消耗标准状况下5.6L的甲烷，转移电子的物质的量为2mol．

Answer 1

分析 （1）失电子的物质发生氧化反应；
（2）将反应Zn+2H⁺═Zn²⁺+H₂↑，若电极a为Zn，电极b为不如锌活泼的金属或导电的非金属，电极和相应的电解质溶液含有相同的阳离子，正极上得电子发生还原反应；
（3）负极上燃料甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，正负极反应式分别为：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-、CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，结合电解方程式解答．

解答 解：（1）根据方程式知，锌失电子发生氧化反应，所以其反应式为：Zn=Zn²⁺+2e^-，
故答案为：Zn-2e^-=Zn²⁺；
（2）反应Zn+2H⁺═Zn²⁺+H₂↑，若电极a为Zn，电极b为不如锌活泼的金属或导电的非金属，如铜等，电极和相应的电解质溶液含有相同的阳离子，可以是硫酸锌溶液，正极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H⁺+2e-=H₂↑，
故答案为：铜；ZnSO₄；H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）该燃料电池中，负极上燃料甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极方程式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，阴离子向负极移动，如果消耗标准状况下5.6L的甲烷，n（CH₄）=$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，由电极方程式可知转移电子的物质的量为2mol，
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；负；2mol．

点评 本题考查原电池知识，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，所有的燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，难点是电极反应式的书写．