Question

7．被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点．如图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．试回答下列问题：
（1）氢气进入的这级为负极；
（2）写出氢氧燃料电池工作时电极反应方程式：负极：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O；正极：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）该氢氧燃料电池每转移0.1mol电子，消耗标准状态下0.56L氧气；
（4）若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，负极反应式为CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）氢氧燃料电池中，通入燃料的电极是负极；
（2）氢氧燃料电池电解质溶液为碱，则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子；
（3）根据电极方程式中电子与氧气的关系求算；
（4）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；碱性条件下，甲烷燃烧生成碳酸根离子．

解答 解：（1）氢氧燃料电池中，通入燃料的电极是负极，即氢气进入的电极是负极，故答案为：负；
（2）氢氧燃料电池中，电解质溶液为碱，则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，则其电极反应式为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；负极上是：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O；
故答案为：负极：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O；正极：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）已知2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，则每转移0.1mol电子消耗的氧气为：$\frac{1}{4}$×0.1mol=0.025mol，所以V（O ₂）=nV_m=0.025mol×22.4L/mol=0.56L；
故答案为：0.56；
（4）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，碱性条件下，甲烷在负极生成碳酸根离子，其电极反应式为：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；碱性条件下，甲烷燃烧生成的二氧化碳再与氢氧根离子结合生成碳酸根离子，则总反应方程式为：CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O；
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

点评 本题考查学生原电池的工作原理并以原电池为载体考查了电极反应方程式的书写，该题较基础，难度不大．