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．最近有人制造了一种燃料电池.一个电极通入空气.另一电极通入天然气.电池的电解质是KOH溶液．回答如下问题:(1)这个电池的正极发生的反应是:O2+4e-=2O2-,(2)负极发生的反应是:CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O,若电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体.它在高温下� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

11．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．最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入天然气，电池的电解质是KOH溶液．回答如下问题：
（1）这个电池的正极发生的反应是：O₂+4e^-=2O^2-；
（2）负极发生的反应是：CH₄-8e^-+4O₂^-=CO₂+2H₂O；若电池的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-离子．
（3）固体电解质里的O^2-的移动方向是：由正极移向负极；
（4）天然气燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全，产生C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，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减弱（填“增强”、“减弱”或“不变”）．

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．

练习册系列答案

2．

序号	操作	现象
实验Ⅰ	将2mL1mol/L　AgNO₃溶液加入到 1mL1mol/L　FeSO₄溶液中	产生白色沉淀，随后有黑色固体产生
实验Ⅰ	取上层清液，滴加KSCN溶液	溶液变红

注：经检验黑色固体为Ag．
①白色沉淀的化学式是Ag₂SO₄．
②甲同学得出Ag⁺氧化了Fe²⁺的依据是有黑色固体（Ag）生成，加入KSCN溶液后变红．
（2）乙同学为探究Ag⁺和Fe²⁺反应的程度，进行实验Ⅱ．
a．按如图连接装置并加入药品（盐桥中的物质不参与反应），发现电压表指针偏移．偏移的方向表明：电子由石墨经导线流向银．放置一段时间后，指针偏移减小．
b．随后向甲烧杯中逐渐加入浓Fe₂（SO₄）₃溶液，发现电压表指针的变化依次为：偏移减小→回到零点→逆向偏移．
①a中甲烧杯里的电极反应式是Fe²⁺-e^-=Fe³⁺．
②b中电压表指针逆向偏移后，银为负极（填“正”或“负”）．
③由实验得出Ag⁺和Fe²⁺反应的离子方程式是Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag．
（3）为进一步验证乙同学的结论，丙同学又进行了如下实验：

序号	操作	现象
实验Ⅲ	将2mL2mol/LFe（NO₃）₃溶液加入有银镜的试管中	银镜消失
实验Ⅳ	将2mL1mol/LFe₂（SO₄）₃溶液加入有银镜的试管中	银镜减少，未消失
实验Ⅴ	将2mL2mol/LFeCl₃溶液加入有银镜的试管中	银镜消失

①实验Ⅲ不能（填“能”或“不能”）证明Fe³⁺氧化了Ag，理由是因为Fe（NO₃）₃溶液呈酸性，酸性条件下NO₃^-也可能氧化Ag．
②用化学反应原理解释实验Ⅳ与V的现象有所不同的原因溶液中存在平衡：Fe³⁺+Ag?Fe²⁺+Ag⁺，且 AgCl比Ag₂SO₄ Ksp（或溶解度）更小，Cl^-比SO₄^2-更有利于降低Ag⁺浓度，所以实验Ⅴ比实验Ⅳ正向进行的程度更大．（或AgCl比Ag₂SO₄ Ksp（或溶解度）更小，促使平衡正向移动，银镜溶解）．

19．A、B、C、D、E为原子序数依次增大的第三周期元素，已知A、B、E 3种原子最外层共有11个电子，且这3种元素的最高价氧化物的水化物两两皆能发生反应生成盐和水，C元素的最外层电子数比次外层电子数少4，D元素原子次外层电子数比最外层电子数多3．
（1）写出下列元素符号：ANa，BAl，CSi，DP，ECl
（2）A与E两元素可形成化合物，用电子式表示其化合物的形成过程：

．
（3）比较C、D的最高价氧化物的水化物的酸性：（用化学式表示）H₃PO₄＞H₂SiO₃．

6．有机物A能使石蕊试液变红，在浓硫酸作用下可发生如下转化：
甲$\underset{\stackrel{浓{H}_{2}S{O}_{4}}{←}}{△}$A（C₄H₈O₃）$→_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$乙
甲、乙分子式均为C₄H₆O₂且都能使溴的四氯化碳溶液褪色．
（1）甲分子所含官能团的名称是碳碳双键、羧基．
A溶液与碳酸氢钠反应的化学方程式为

．
乙能发生的化学反应有（填序号）c．
a．酯化反应　b．氧化反应　c．水解反应
（2）B是A的同系物，相对分子质量小于A．B与浓硫酸作用得到产物在一定条件下可发生加聚反应，该加聚反应的化学方程式为

．
（3）A的同类同分异构体D（结构中无甲基）是化学法生产氨酪酸的原料．氨酪酸属于氨基酸，有降低人体血氨和促进脑代谢的作用．D、E及氨酪酸之间有如下的转化关系．（提示：ROH$→_{△}^{HCl}$RCl）
D$\stackrel{HCl}{→}$E$\stackrel{NH_{3}}{→}$氨酪酸（C₄H₉NO₂）
氨酪酸的结构简式为H₂N-CH₂-CH₂-CH₂-COOH．
（4）A的另一种同分异构体简称EMC，用于制造可充电电池．EMC在氢氧化钠溶液中水解可得到三种含碳化合物．EMC的结构简式为

．

16．在元素周期表中金属元素与非金属元素的分界线附近的一些元素能用于制（　　）

3．据报道，氢燃料电池公交汽车已经驶上北京街头．下列说法正确的（　　）

	A．	氢燃料电池汽车的使用可以有效减少城市空气污染
	B．	电解水制取氢气是理想而经济的制氢方法
	C．	发展氢燃料电池汽车不需要安全高效的储氢技术
	D．	氢燃料电池把氢气和氧气燃烧放出的热能转化为电能

20．下列图示关系中，错误的是（　　）

	A．			B．
	C．			D．

1．下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n²个的是（　　）

H^-和Na⁺

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