题目内容

3.如图为氢氧燃料碱性电池,电极材料为疏松多孔石墨棒.根据所学知识试回
答下列问题:
(1)写出氢氧燃料电池工作时正极电极反应方程式:2H2O+O2+4e-═4OH-
(2)如果该氢氧燃料电池每转移0.1mol电子,消耗标准状况下氧气的体积为0.56.
(3)阳离子向正极极移动(填写正或负),反应一段时间后整个溶液的碱性减弱(填增强,减弱或者不变).
(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-═CO32-+7H2O;电池总离子反应方程式为CH4+2O2+2OH-═CO32-+3H2O.

分析 (1)燃料电池中电子从负极流向正极,正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子;
(2)根据电极方程式中电子与氧气的关系求算;
(3)原电池中阳离子移向正极,根据总反应判断溶液酸碱性的变化;
(4)甲烷燃料电池中甲烷在负极失电子生成碳酸根离子和水,先写出负极反应式,然后写出相应的电极反应式.

解答 解:(1)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-
故答案为:2H2O+O2+4e-═4OH-
(2)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(O2)=nVm=0.025mol×22.4L/mol=0.56L;
故答案为:0.56;
(3)原电池中阳离子移向正极;燃料电池的总反应为2H2+O2=2H2O,反应后溶液体积增大,溶液的碱性减弱;
故答案为:正极;减弱;
(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-═CO32-+7H2O;正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子;正负极上的电极反应式相加得总反应方程式,所以总反应方程式为CH4+2O2+2OH-═CO32-+3H2O.故答案为:CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O;CH4+2O2+2OH-═CO32-+3H2O.

点评 本题考查了燃料电池电极反应式及电池反应方程式的书写,燃料在负极上失电子发生氧化反应,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,书写电极反应式时要结合电解质溶液确定生成的离子.

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