Question

9．燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径．近几年开发的丁烷燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过．其工作原理的示意图如下：

请回答下列问题：
（1）Pt（b）电极是电池的正极，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
Pt（a）电极发生氧化反应（填“氧化”或“还原”），电极反应式为CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺．
（2）若电解质溶液改为KOH溶液，Pt（b）电极的电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；Pt（a）电极的电极反应式为C₄H₁₀+34OH^--26e^-═4CO₃^2-+22H₂O．
（3）如果该电池工作时电路中通过1.2mol电子，则消耗掉O₂在标准状况下的体积为6.72L．

Answer 1

分析 （1）该原电池中质子交换膜只允许质子和水分子通过，说明电解质溶液为酸性溶液，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，通入氧化剂的电极为正极，正极上得电子发生还原反应；
（2）若电解质溶液改为KOH溶液，正极的电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；负极的电极反应式为：C₄H₁₀+34OH^--26e^-═4CO₃^2-+22H₂O；
（3）根据O₂～～4mole^-，进行计算．

解答 解：（1）该原电池中质子交换膜只允许质子和水分子通过，说明电解质溶液为酸性溶液，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极上甲烷失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH₄-8e^-+2H₂O=8H⁺+CO₂，通入氧化剂的电极为正极，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水而发生还原反应，
电极反应式为2O₂+8e^-+8H⁺=4H₂O，
故答案为：正，O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；氧化，CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；
（2）若电解质溶液改为KOH溶液，正极的电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；负极的电极反应式为：C₄H₁₀+34OH^--26e^-═4CO₃^2-+22H₂O，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；C₄H₁₀+34OH^--26e^-═4CO₃^2-+22H₂O；
（3）O₂～～4mole^-，
    22.4L   4mol
     V      1.2mol
所以V=$\frac{1.2×22.4}{4}$=6.72L，故答案为：6.72L．

点评 本题考查原电池原理，侧重考查电极反应式书写，结合电解质溶液书写电极反应式，注意：氧负离子碱性条件下不是结合氢离子，题目难度中等．