Question

3．如圖為氫氧燃料堿性電池，電極材料為疏松多孔石墨棒．根據(jù)所學知識試回
答下列問題：
（1）寫出氫氧燃料電池工作時正極電極反應方程式：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-．
（2）如果該氫氧燃料電池每轉移0.1mol電子，消耗標準狀況下氧氣的體積為0.56．
（3）陽離子向正極極移動（填寫正或負），反應一段時間后整個溶液的堿性減弱（填增強，減弱或者不變）．
（4）若將此燃料電池改進為直接以甲烷和氧氣為原料進行工作時，負極反應式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；電池總離子反應方程式為CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）燃料電池中電子從負極流向正極，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；
（2）根據(jù)電極方程式中電子與氧氣的關系求算；
（3）原電池中陽離子移向正極，根據(jù)總反應判斷溶液酸堿性的變化；
（4）甲烷燃料電池中甲烷在負極失電子生成碳酸根離子和水，先寫出負極反應式，然后寫出相應的電極反應式．

解答 解：（1）氫氧燃料電池中，電解質溶液為堿，則正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，則其電極反應式為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（2）已知2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，則每轉移0.1mol電子消耗的氧氣為：$\frac{1}{4}$×0.1mol=0.025mol，所以V（O₂）=nV_m=0.025mol×22.4L/mol=0.56L；
故答案為：0.56；
（3）原電池中陽離子移向正極；燃料電池的總反應為2H₂+O₂=2H₂O，反應后溶液體積增大，溶液的堿性減弱；
故答案為：正極；減弱；
（4）燃料電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應，堿性條件下，甲烷在負極生成碳酸根離子，其電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；正負極上的電極反應式相加得總反應方程式，所以總反應方程式為CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．

點評 本題考查了燃料電池電極反應式及電池反應方程式的書寫，燃料在負極上失電子發(fā)生氧化反應，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應，書寫電極反應式時要結合電解質溶液確定生成的離子．