Question

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、高效率的特点．右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正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．试回答下列问题：
（1）图中通过负载的电子流动方向

向右

（填“向左”或“向右）
（2）写出氢氧燃料电池工作时电极反应方程式和总反应方程式正极：

2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-

负极：

2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O

总反应：

2H₂+O₂═2H₂O

（3）为了获得氢气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在高温、催化剂作用下制取氢气．写出丙烷和H₂O反应生成H₂和CO的化学方程式：

C₃H₈+3H₂O

催化剂  .

高温

3CO+7H₂

（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）根据原电池工作原理判断电子的流向；
（2）根据反应的反应类型书写电极反应式，正负极上电极反应式相加得总反应方程式；
（3）根据反应物、生成物、反应条件写出反应方程式；
（4）先根据反应类型确定负极上发生反应的物质，然后写出相应的电极反应式．

解答：解：（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．
故答案为：向右；
（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；两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2H₂+O₂═2H₂O．
故答案为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；2H₂+O₂═2H₂O；
（3）该反应中反应物是丙烷和H₂O，产物是H₂和CO，反应条件是高温、催化剂，所以方程式为
C₃H₈+3H₂O

催化剂  .

高温

3CO+7H₂．故答案为：C₃H₈+3H₂O

催化剂  .

高温

3CO+7H₂；
（4）负极上是燃料失电子，正极上是氧气得电子，所以负极上甲烷反应生成二氧化碳，二氧化碳是酸性氧化物，能和电解质溶液KOH反应生成盐和水，所以正极上的电极反应式为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．