Question

美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图所示；两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电．
（1）a极是

负

极，b极是

正

极，电极反应式分别为

2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O

，

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

．
（2）氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制．常用的燃料，往往是某些碳氢化合物，如甲烷（天然气）、汽油等．请写出将图中H₂换成CH₄时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式：

CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O

．此时电池内总的反应方程式为

CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O

．

Answer 1

分析：（1）氢氧燃料电池中，原电池工作时，氢氧燃料电池的总反应为2H₂+O₂=2H₂O；通入氢气的一极a为电源的负极，发生氧化反应，电极反应式为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧气的一极b为原电池的正极，
电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）氢气换成甲烷是甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水的氧化还原反应，图中电解质溶液是碱性溶液，依据原电池的原理，结合元素化合价变化分析失电子的物质甲烷在负极a发生氧化反应，氧气再正极b发生还原反应；

解答：解：（1）氢氧燃料电池中，通入氢气的一极为电源的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，由于电解质溶液呈碱性，则负极电极反应式为：2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O（或H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O），正极电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案为：负；正；2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O（或H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O）；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）图中H₂换成CH₄时所构成的甲烷燃料电池中，甲烷燃烧生成二氧化碳和水，二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾和水，所以电池的反应的离子方程式为：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O
其中正极上是氧气得到电子发生还原反应，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；电池总反应的离子方程式减去正极电极反应×2，得到负极电极反应：CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案为：CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O、CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O；

点评：本题考查了原电池的工作原理的应用，电极名称，电极判断，电极反应，电池反应，熟练掌握原电池的基本知识，分清化合价变化判断氧化反应、还原反应、电子守恒是解题关键．