Question

15．（1）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压．高铁电池的总反应为：
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充电}^{放电}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH．
请回答下列问题：
①高铁电池的负极材料是锌．
②放电时，正极发生还原（填“氧化”或“还原”）反应：已知负极反应为Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，则正极反应为FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-．
③放电时，正（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强．
（2）某种燃料电池的工作原理示意如图所示，a、b均为惰性电极．
①使用时，空气从B口通入（填“A”或“B”）；
②假设使用的“燃料”是甲烷，a极的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O；
?与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极物质时，甲烷燃料电池的理论放电量是铅蓄电池的51.8倍（保留一位小数）．

Answer 1

分析 （1）①放电时，该电池是原电池，原电池负极上失电子化合价升高而发生氧化反应；
②放电时，正极上得电子发生还原反应，总反应方程式减去负极电极反应式即得正极反应式；
③根据电极反应式确定碱性增强的电极；
（2）①由电子转移方向可知a为负极，发生氧化反应，应通入燃料，b为正极，发生还原反应，应通入空气；
②假设使用的“燃料”是甲烷，则负极发生CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O；
根据负极上的反应，消耗负极质量减少一样多时，转移得电子的物质的量即可；

解答 解：（1）①电池的负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应．由高铁电池放电时总反应方程式可知，负极材料应为作还原剂的Zn，故答案为：锌；
②正极上得电子发生还原反应，由电池的总反应方程式-负极反应式=正极反应式可知，正极反应式为FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-，
故答案为：还原；FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-；
③放电时，负极电极反应式为Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，正极反应式为FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-，根据电极反应式知，正极上生成氢氧根离子导致溶液中氢氧根离子浓度增大，溶液的PH增大，
故答案为：正；
（2）①由电子转移方向可知a为负极，发生氧化反应，应通入燃料，b为正极，发生还原反应，应通入空气，故答案为：B；
②假设使用的“燃料”是甲烷，则负极发生CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O，故答案为：②CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O；
根据负极上的电极反应式：CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O，消耗1g甲烷，转移电子的物质的量是$\frac{8}{16}$mol，铅蓄电池的负极上发生的反应为：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，
消耗1gPb，转移电子的物质的量是$\frac{2}{207}$mol，所以当消耗相同质量的负极活性物质时，甲烷燃料电池的理论放电量是铅蓄电池的比值是$\frac{8}{16}$mol：$\frac{2}{207}$mol=51.8，故答案为：51.8．

点评 本题考查了原电池原理以及燃料电池的应用，根据元素化合价变化来确定正负极，在书写电池的电极方程式时要注意电解质对反应产物的影响，难度不大．