Question

12．一个完整的氧化还原反应的方程式可以拆开，写成两个“半反应式”，一个是氧化反应式，另一个是还原反应式．如2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺的拆写结果是：
氧化反应为Cu-2e^-═Cu²⁺，还原反应为2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，原电池的电极反应式也可利用此方法书写．请回答下列问题：
（1）已知某一反应的两个“半反应式”分别为CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O和4H₂O+2O₂+8e^-═8OH^-．请写出该反应的总反应式：CH₄+2OH^-+2O₂═CO₃^2-+3H₂O．
（2）如图为氢氧燃料电池的构造示意图，已知X极的电极反应式为2H₂-4e^-+4OH^-═4H₂O，则X极为电池的负（填“正”或“负”）极，Y极的电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．当电池工作一定时间后，电解质溶液的碱性减弱（填“增强、减弱或不变”）
（3）有人以化学反应：2Zn+O₂+4H⁺═2Zn²⁺+2H₂O为基础设计一种原电池，移入人体内作为心脏起搏器的能源，它们靠人体内血液中溶有一定浓度的O₂、H⁺、Zn²⁺进行工作．则该原电池负极的电极反应式为2Zn-4e^-═2Zn²⁺，正极的电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，若电池工作过程中有5.6L O₂（标准状况下）参于反应，则转移电子的物质的量为1mol．

Answer 1

分析 （1）原电池中正负极电极方程式相加即可得到总反应；
（2）根据负极反应为2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O，则通入氢气的一极为负极，发生氧化反应，并可判断溶液呈碱性，碱性溶液中正极发生还原反应，电极反应为O₂-4e^-+2H₂O=4OH^-，据此分析；
（3）根据电池反应式知，锌失电子发生氧化反应而作负极，氧气在正极得电子发生还原反应，根据电极反应式计算．

解答 解：（1）已知甲烷燃料电池的半反应式分别为：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，原电池中正负极电极方程式相加即可得到总反应，则总反应式：CH₄+2OH^-+2O₂═CO₃^2-+3H₂O，
故答案为：CH₄+2OH^-+2O₂═CO₃^2-+3H₂O；
（2）X极的电极反应式为2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O，则通入氢气的X极为负极，发生氧化反应，并可判断溶液呈碱性，碱性溶液中正极Y极发生还原反应，电极反应为O₂-4e^-+2H₂O=4OH^-；氢氧燃料电池的实质是在一定条件下形成了原电池，其实质仍然是O₂把H₂氧化，电池总反应为2H₂+O₂=2H₂O，生成了水将碱性溶液稀释，所以电解质溶液的碱性减弱，
故答案为：负；O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；减弱；
（3）根据电池反应式知，锌失电子发生氧化反应，所以锌作负极，电极反应式为：2Zn-4e^-═2Zn²⁺，氧气在正极得电子发生还原反应，电极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，若电池工作过程中有5.6L O₂（标准状况下）即$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol参于反应，则转移电子的物质的量为0.25mol×4=1mol；
故答案为：2Zn-4e^-═2Zn²⁺；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；1mol．

点评 本题考查原电池以及氢氧燃料电池的工作原理，注意电解质溶液的酸碱性不同，则电极反应不同，根据得失电子判断正负极，难点是电极反应式的书写，难度不大．