Question

9．（1）根据氧化还原反应2H₂+O₂═2H₂O，设计成燃料电池，负极通的气体应是H₂，正极通的气体应是O₂．
（2）根据选择电解质溶液的不同，填写下表：

电解质溶液	H2SO4溶液	KOH溶液
负极反应式
正极反应式
溶液的pH变化

（3）若把H₂改为CH₄，KOH作电解质，则负极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据电池反应式可知在反应中H₂被氧化，O₂被还原．H₂应该在负极上反应，O₂应该在正极上反应；
（2）酸性溶液，此时应考虑不可能有OH^-生成，所以负极发生氧化反应，电极反应为H₂-2e^-=2H⁺，正极发生还原反应，电极反应为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，生成水导致氢离子浓度减少，pH增大；H₂应该在负极上反应，O₂应该在正极上反应，又因为是碱性溶液，不可能有H⁺参加或生成，生成水导致氢氧根离子的浓度减小；
（3）如把H₂改为甲烷，KOH溶液做电解质，甲烷在负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐．

解答 解：（1）根据电池反应式可知在反应中H₂被氧化，O₂被还原．H₂应该在负极上反应，O₂应该在正极上反应，故答案为：H₂；O₂；
（2）酸性溶液，此时应考虑不可能有OH^-生成，所以负极发生氧化反应，电极反应为H₂-2e^-=2H⁺，正极发生还原反应，电极反应为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，生成水导致氢离子浓度减少，pH增大，所以H₂SO₄溶液：负极：H₂-2e^-=2H⁺；正极：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；溶液的pH变化：增大；
H₂应该在负极上反应，O₂应该在正极上反应，正极的电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；又因为是碱性溶液，不可能有H⁺参加或生成，故负极的电极反应为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，生成水导致氢氧根离子的浓度减小，所以溶液的pH减小，所以KOH溶液：负极：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；正极：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；溶液的pH变化：减小，
故答案为：

电解质溶液	H2SO4溶液	KOH溶液
负极反应式	H2-2e-=2H+	H2-2e-+2OH-=2H2O
正极反应式	O2+4H++4e-=2H2O	O2+2H2O+4e-=4OH-
溶液的pH变化	增大	减小

；
（3）如把H₂改为甲烷，KOH溶液做电解质，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，则正极为2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，甲烷失电子在碱溶液中反应，甲烷在负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐，此时不会有CO₂放出；负极为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．

点评 本题考查了原电池原理、组成、电极名称和电极反应的分析判断，注意不同电解质溶液中电极反应产物的书写，掌握基础是关键，题目难度中等．