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    设计出燃料电池使天然气CH4氧化直接产生电流是对世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入天然气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-离子。回答如下问题：
    （1）这个电池的正极发生的反应是：________；
    （2）负极发生的反应是：________；
    （3）固体电解质里的O2-的移动方向是：________；
    （4）天然气燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全，产生________堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，正是新一代化学家的历史使命。
    （5）若将此甲烷燃料电池设计成在25%的KOH溶液中的电极反应，该电池的负极区域的碱性会________(填“增强”、“减弱”或“不变”)。

    O2+4e-=2O2-    CH4-8e-=CO2+2H2O    正极流向负极    碳    减弱
    （1）原电池中正极得到电子，所以氧气在正极通入。又因为电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－离子，所以正极电极反应式为O2+4e-=2O2-。
    （2）负极失去电子，因此甲烷在负极通入，甲烷的氧化产物是CO2和水，所以电极反应式为CH4-8e-=CO2+2H2O。
    （3）原电池中，负极失去电子，所以阴离子流向负极。
    （4）甲烷不完全反应，可能产生碳单质堵塞电极的气体通道。
    （5）如果电解质是氢氧化钠，则负极电极反应式为H2－2e－＋2OH－＝2H2O，所以负极周围溶液的碱性减弱。
    练习册系列答案
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    相关习题

    科目：高中化学 来源： 题型：

    甲醇合成反应为：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 工业上用天然气为原料，分为两阶段制备甲醇：

    (1)制备合成气：CH4+H2O（g）CO+3H2。为解决合成气中H2过量而CO不足的问题，原料气中需添加CO2：CO2+H2=CO+H2O。为了使合成气配比最佳，理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为__________。

    (2)合成甲醇：①反应过程中物质能量变化如右图所示。写出合成甲醇的热化学方程式__________________              。

    实验室在1L密闭容器中进行模拟合成实验。将lmolCO和2molH2通人容器中，分别恒温在300℃和500℃反应，每隔一定时间测得容器中甲醇的浓度如下：

    (表中数据单位：mol·L—1)

    ②300℃时反应开始10分钟内，H2的平均反应速率为__________。

    ③500℃时平衡常数K的数值为___________。

    ④300℃时，将容器的容积压缩到原来的1／2，在其他条件不变的情况下，对平衡体系  产生的影响是__________(填字母)。

    a.c(H2)减小                       b．正反应速率加快，逆反应速率减慢

    c.CH3OH的物质的量增加 d．重新平衡时c(H2)／c(CH3OH)减小

    （3）甲醇直接燃烧会产生一定的污染，某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示甲醇燃料电池， 该电池负极的电极反应式为                                     ；工作一段时间后，当9．6g甲醇完全反应时，有          NA个电子转移。

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    科目：高中化学 来源：北京期末题 题型：填空题

    “西气东输”工程使北京用上了更加清洁的能源--天然气(主要成分是CH4)。在使用天然气以前北京用的煤气主要是将碳与水蒸气在高温下反应制得的水煤气，水煤气的主要成分是CO和H2，两者的体积比约为
    1：1。 已知：CO的燃烧热△H=－283.0 kJ／mol；H2的燃烧热△H=－286.0 kJ／mol；CH4的燃烧热△H=－890.0 kJ／mol。
    (1)用H2为原料设计成氢氧燃料电池(电解质溶液为KOH)，正极的电极反应式是：_______________。
    (2)已知：

    写出由C(s)与H2O(g)反应生成水煤气的热化学方程式：______________________。
    (3)忽略水煤气中其它成分，若获得相等的热量，所需相同状况下水煤气与甲烷的体积比约为_______；排放的CO2物质的量的比约为_________。通过计算得知：使用天然气能______(填“增多”或“减少”)温室气体(CO2)的排放。(各种燃料均完全燃烧)
    (4)若将由amolCH4、CO和H2组成的混合气体完全燃烧，生成CO2气体和液态水时放出热量(Q)的取值范围是___________。

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