Question

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．最近有人设计了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入天然气，电池的电解质是掺杂Y₂O₃的ZrO₂晶体．它在高温下能传导O^2-，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O^2-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，这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”）

Answer 1

考点：化学电源新型电池

专题：电化学专题

分析：（1）该燃料电池中，正极上仪器得电子生成氧离子；
（2）负极上甲烷失电子和氧离子反应生成二氧化碳和水；
（3）放电时，电解质中阴离子向负极移动；
（4）天然气如果被氧化不完全，则生成固体碳而阻塞电极气体通道；
（5）甲烷燃料碱性电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水．

解答： 解：（1）该燃料电池中，正极上仪器得电子生成氧离子，电极反应式为O₂+4e^-=2O^2-，故答案为：O₂+4e^-=2O^2-；
（2）负极上甲烷失电子和氧离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH₄-8e^-+4O₂^-=CO₂+2H₂O，故答案为：CH₄-8e^-+4O₂^-=CO₂+2H₂O；
（3）放电时，电解质中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动，所以氧离子向负极移动，故答案为：由正极移向负极；
（4）天然气如果被氧化不完全，则生成固体碳而阻塞电极气体通道，故答案为：C；
（5）甲烷燃料碱性电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，负极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，有氢氧根离子参加反应导致溶液碱性减弱，故答案为：减弱．

点评：本题考查化学电源新型电池，明确原电池原理是解本题关键，侧重考查学生书写电极反应式，书写时要结合电解质特点书写，燃料和氧化剂相同，如果电解质不同其电极反应式不同．