Question

13．以甲烷燃料電池為例，分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法：
（1）酸性條件：燃料電池總反應(yīng)式：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O燃料電池正極反應(yīng)式：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O則負(fù)極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺．
（2）堿性條件：燃料電池總反應(yīng)式：CH₄+2O₂+2NaOH═Na₂CO₃+3H₂O燃料電池正極反應(yīng)式：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-則負(fù)極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O^2-）：燃料電池總反應(yīng)式：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O燃料電池正極反應(yīng)式：O₂+4e^-═2O^2-則負(fù)極反應(yīng)式：CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O．
（4）熔融碳酸鹽（如：熔融K₂CO₃）環(huán)境下：電池總反應(yīng)式：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O正極電極反應(yīng)式：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-則負(fù)極電極反應(yīng)式：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 根據(jù)總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得到負(fù)極電極反應(yīng)式：
（1）總反應(yīng)式-正極反應(yīng)式×2可得負(fù)極反應(yīng)式；
（2）把總反應(yīng)式改成離子方程式，再用總反應(yīng)式-正極反應(yīng)式×2可得負(fù)極反應(yīng)式；
（3）總反應(yīng)式-正極反應(yīng)式×2可得負(fù)極反應(yīng)式；
（4）總反應(yīng)式-正極反應(yīng)式×2可得負(fù)極反應(yīng)式．

解答 解：（1）酸性條件，燃料電池總反應(yīng)式：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O，正極電極反應(yīng)式為2O₂+8e^-+8H⁺═8H₂O，總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得到負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；
故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；
（2）堿性條件下，燃料電池總反應(yīng)式：CH₄+2O₂+2NaOH═Na₂CO₃+3H₂O，離子方程式為：CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，正極電極反應(yīng)式為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得到負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（3）固體電解質(zhì)中，燃料電池總反應(yīng)式：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O，正極電極反應(yīng)式為：2O₂+8e^-=4O^2-，總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得到負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O；
故答案為：CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O；
（4）熔融碳酸鹽（如：熔融K₂CO₃）環(huán)境下，電池總反應(yīng)式：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O，正極反應(yīng)式為2O₂+4CO₂+8e^-═4CO₃^2-，總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得到負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池工作原理，側(cè)重考查電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)，此題只需用總反應(yīng)減去正極反應(yīng)即可得到負(fù)極電極反應(yīng)式，題目比較簡(jiǎn)單．