Question

Ⅰ、写出甲烷燃料电池在酸性溶液中的电极反应和总电池反应：
正极：

2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O

负极：

CH₄+2H₄O-8e^-=CO₂+8H⁺

总反应：

CH₄+2O₄=CO₂+2H₂O

Ⅱ、如图所示，A、F为石墨电极，B、E为铁片电极．
按要求回答下列问题．
（1）打开K₂，合并K₁．
①B为

负

极，A极的电极反应为：

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

②最终可观察到的现象是：

溶液中有红褐色沉淀生成

③涉及的两个主要的化学反应的化学方程式为：

2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃

（2）打开K₁，合并K₂．
①E为

阴

极，F极的电极反应为：

2Cl^--2e^-=Cl₂↑

②检验F极产生气体的方法是：

用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F极，试纸变蓝，证明是氯气

（3）若往U型管中滴加酚酞，进行（1）（2）操作时，A、B、E、F电极周围能变红的是

A、E

，原因是：（在下表中填写，可不填满）

周围变红的电极代号（填字母）	原因
A	O2+2H2O+4e-=4OH-，产生OH-
E	2H++2e-=H2↑ H+反应，促进了水的电离，溶液中c（OH-）＞c（H+）
无	无
无	无

Answer 1

分析：Ⅰ、燃料电池中负极上燃料失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，据此写出正负极上电极反应式和电池反应式．
Ⅱ、（1）打开K₂，合并K₁，该装置是原电池，较活泼的金属铁作负极，石墨作正极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，铁发生吸氧腐蚀；负极上铁失电子生成亚铁离子，正极上生成氢氧根离子，亚铁离子和氢氧根离子 反应生成氢氧化亚铁沉淀，氢氧化亚铁易被氧化生成氢氧化铁，据此判断实验现象并写出反应方程式．
（2）该装置是电解池，F是阳极，E是阴极，阳极上氯离子放电，阴极上氯离子放电，写出相应的电极反应式；检验氯气用湿润的淀粉碘化钾试纸，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝就是氯气，否则不是．
（3）若往U型管中滴加酚酞，进行（1）（2）操作时，电极周围能变红说明产生氢氧根离子，据此分析．

解答：解：Ⅰ、该燃料电池中，正极上投放的是氧化剂，原电池放电时正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O；
负极上投放的是燃料，甲烷失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH₄+2H₄O-8e^-=CO₂+8H⁺；
所以电池反应式为：CH₄+2O₄=CO₂+2H₂O．
故答案为：正极：2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O；负极：CH₄+2H₄O-8e^-=CO₂+8H⁺；总反应：CH₄+2O₄=CO₂+2H₂O．
Ⅱ、（1）①该装置是原电池，较活泼的金属铁作负极，石墨作正极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案为：负；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②该原电池放电时，负极上铁失电子生成亚铁离子，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁易被氧化生成氢氧化铁，所以溶液中有红褐色沉淀生成．
故答案为：溶液中有红褐色沉淀生成．
③发生的反应方程式为：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
故答案为：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（2）①该装置是电解池，E是阴极，F是阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
故答案为：阴； 2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
②阳极上生成氯气，检验氯气用湿润的淀粉碘化钾试纸，如果用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F极，试纸变蓝，证明是氯气．
故答案为：用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F极，试纸变蓝，证明是氯气．
（3）若往U型管中滴加酚酞，进行（1）操作时，该装置是原电池，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，导致A附近溶液呈碱性，所以酚酞试液变红．
若往U型管中滴加酚酞，进行（2）操作时，阴极上氢离子放电导致溶液中氢氧根浓度大于氢离子浓度而使溶液呈碱性，加入酚酞试液会变红．
故答案为：A、E

周围变红的电极代号（填字母）	原因
A	O2+2H2O+4e-=4OH-，产生OH-
E	2H++2e-=H2↑ H+反应，促进了水的电离，溶液中c（OH-）＞c（H+）

点评：本题考查了原电池原理和电解池原理，明确原电池和电解池电极上发生反应的类型即可分析解答本题，难度不大，注意电极反应式的书写与电解质溶液的酸碱性有关．