Question

14．一個完整的氧化還原反應(yīng)的方程式可以拆開，寫成兩個“半反應(yīng)式”，一個是氧化反應(yīng)式，另一個是還原反應(yīng)式．如2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺的拆寫結(jié)果是：
氧化反應(yīng)為Cu-2e^-═Cu²⁺，還原反應(yīng)為2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，原電池的電極反應(yīng)式也可利用此方法書寫．請回答下列問題：
（1）已知某一反應(yīng)的兩個“半反應(yīng)式”分別為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O和4H₂O+2O₂+8e^-═8OH^-．請寫出該反應(yīng)的總反應(yīng)式：CH₄+2OH^-+2O₂═CO₃^2-+3H₂O．
（2）右圖為氫氧燃料電池的構(gòu)造示意圖，已知X極的電極反應(yīng)式為2H₂-4e^-+4OH^-═4H₂O，則X極為電池的負(fù)（填“正”或“負(fù)”）極，Y極的電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．
當(dāng)電池工作一定時間后，電解質(zhì)溶液的堿性減弱（填“增強(qiáng)、減弱或不變”）
（3）有人以化學(xué)反應(yīng)：2Zn+O₂+4H⁺═2Zn²⁺+2H₂O為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一種原電池，移入人體內(nèi)作為心臟起搏器的能源，它們靠人體內(nèi)血液中溶有一定濃度的O₂、H⁺、Zn²⁺進(jìn)行工作．則該原電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為2Zn-4e^-═2Zn²⁺，正極的電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，若電池工作過程中有5.6L O₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）參于反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol．

Answer 1

分析 （1）原電池中正負(fù)極電極方程式相加即可得到總反應(yīng)；
（2）根據(jù)負(fù)極反應(yīng)為2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O，則通入氫氣的一極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，并可判斷溶液呈堿性，堿性溶液中正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為O₂-4e^-+2H₂O=4OH^-，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)電池反應(yīng)式知，鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)式計(jì)算．

解答 解：（1）已知甲烷燃料電池的半反應(yīng)式分別為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，原電池中正負(fù)極電極方程式相加即可得到總反應(yīng)，則總反應(yīng)式：CH₄+2OH^-+2O₂═CO₃^2-+3H₂O，故答案為：CH₄+2OH^-+2O₂═CO₃^2-+3H₂O；
（2）X極的電極反應(yīng)式為2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O，則通入氫氣的X極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，并可判斷溶液呈堿性，堿性溶液中正極Y極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為O₂-4e^-+2H₂O=4OH^-；氫氧燃料電池的實(shí)質(zhì)是在一定條件下形成了原電池，其實(shí)質(zhì)仍然是O₂把H₂氧化，電池總反應(yīng)為2H₂+O₂=2H₂O，生成了水將堿性溶液稀釋，所以電解質(zhì)溶液的堿性減弱；故答案為：負(fù)；O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；減弱；
（3）根據(jù)電池反應(yīng)式知，鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以鋅作負(fù)極，電極反應(yīng)式為：2Zn-4e^-═2Zn²⁺，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，若電池工作過程中有5.6L O₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）即$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol參于反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.25mol×4=1mol；
故答案為：2Zn-4e^-═2Zn²⁺；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；1mol．

點(diǎn)評 本題考查原電池以及氫氧燃料電池的工作原理，注意電解質(zhì)溶液的酸堿性不同，則電極反應(yīng)不同，根據(jù)得失電子判斷正負(fù)極，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，難度不大．