Question

20．如图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连续不断地从两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．这被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高率的特点．试回答下列问题：
（1）图中通过负载（负载是指用电器）的电子流动方向向右 （填“向左”或“向右”），负极发生氧化反应（填“氧化”或“还原”），钾离子向正极定向运动．
（2）写出氢氧燃料电池工作时的电极反应式负极：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O，正极：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-
（3）电池工作时，负极区的PH值减小（填“增大”或“不变”或“减小”），KOH溶液浓度减小（填“增大”或“不变”或“减小”）
（4）若电解质溶液改为稀硫酸，写出氢氧燃料电池工作时的电极反应式负极：2H₂-4e^-═4H⁺，正极：4H⁺+O₂+4e^-═2H₂O，电池工作时，负极区的PH值减小（填“增大”或“不变”或“减小”）．

Answer 1

分析 （1）根据燃料电池的工作原理来判断电子的流向，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，正极上发生得电子的还原反应，阳离子移向正极；
（2）在燃料电池中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，正极上发生得电子的还原反应，结合电解质环境来书写电极反应式；
（3）根据负极区域的电极反应判断pH的变化，根据总反应判断KOH溶液浓度变化；
（4）若电解质溶液改为稀硫酸，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，正极上发生得电子的还原反应，结合电解质环境来书写电极反应式，根据负极区域的电极反应判断pH的变化．

解答 解：（1）①根据原电池工作原理，负极上失电子，电子从负极沿外电路流向正极，所以通过负载的电子流动方向是向右，燃料电池的负极是燃料发生失电子的氧化反应，钾离子向正极定向运动，故答案为：向右；氧化；正；
（2）正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，发生还原反应，所以电极反应式为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；负极上失电子和氢氧根离子反应生成水，所以电极反应式为2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；故答案为：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O；2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）电池工作时，负极区的电极反应式为2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O，消耗氢氧根离子，所以pH减小，总反应方程式为2H₂+O₂═2H₂O，生成水，所以KOH溶液浓度减小，故答案为：减小；减小；
（4）若电解质溶液改为稀硫酸，正极上氧气得电子和氢离子生成水，发生还原反应，所以电极反应式为4H⁺+O₂+4e^-═2H₂O；负极上氢气失电子生成氢离子，所以电极反应式为2H₂-4e^-═4H⁺，生成氢离子，所以pH减小，故答案为：2H₂-4e^-═4H⁺；4H⁺+O₂+4e^-═2H₂O；减小．

点评 本题考查学生原电池的工作原理并以原电池为载体考查了电极反应方程式的书写，该题较基础，难度不大．