Question

設(shè)計出燃料電池使天然氣CH₄氧化直接產(chǎn)生電流是對世紀最富有挑戰(zhàn)性的課題之一．最近有人設(shè)計了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極通入天然氣，電池的電解質(zhì)是摻雜Y₂O₃的ZrO₂晶體．它在高溫下能傳導O^2-，回答如下問題：
（1）這個電池的正極發(fā)生的反應(yīng)是：

 

（2）負極發(fā)生的反應(yīng)是：

 

（3）固體電解質(zhì)里O^2-的移動方向是：

 

（4）天然氣燃料電池最大的障礙是氧化反應(yīng)不完全，產(chǎn)生

 

堵塞電極的氣體通道，有人估計，完全避免這種副反應(yīng)至少還需10年時間，這正是新一代化學家的歷史使命．
（5）若將此甲烷燃料電池設(shè)計成在25%的KOH溶液中的電極反應(yīng)，該電池的負極區(qū)域的堿性會

 

（填“增強”“減弱”或“不變”）

Answer 1

考點：化學電源新型電池

專題：電化學專題

分析：（1）該燃料電池中，正極上儀器得電子生成氧離子；
（2）負極上甲烷失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳和水；
（3）放電時，電解質(zhì)中陰離子向負極移動；
（4）天然氣如果被氧化不完全，則生成固體碳而阻塞電極氣體通道；
（5）甲烷燃料堿性電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水．

解答： 解：（1）該燃料電池中，正極上儀器得電子生成氧離子，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-=2O^2-，故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；
（2）負極上甲烷失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+4O₂^-=CO₂+2H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+4O₂^-=CO₂+2H₂O；
（3）放電時，電解質(zhì)中陰離子向負極移動、陽離子向正極移動，所以氧離子向負極移動，故答案為：由正極移向負極；
（4）天然氣如果被氧化不完全，則生成固體碳而阻塞電極氣體通道，故答案為：C；
（5）甲烷燃料堿性電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，負極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，有氫氧根離子參加反應(yīng)導致溶液堿性減弱，故答案為：減弱．

點評：本題考查化學電源新型電池，明確原電池原理是解本題關(guān)鍵，側(cè)重考查學生書寫電極反應(yīng)式，書寫時要結(jié)合電解質(zhì)特點書寫，燃料和氧化劑相同，如果電解質(zhì)不同其電極反應(yīng)式不同．