Question

科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电源的重要途径．近几年开发的甲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图：
（1）Pt（a）电极上的反应式为

 

；
（2）Pt（b）电极上的反应式为

 

；
（3）原电池的总反应是

 

；
（4）若电池工作时电路中通过4mol电子，则用去的CH₄在标准状况下的体积为

 

L．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：该燃料电池中，电解质溶液呈酸性，所以负极上燃料失电子发生氧化反应，所以a电极反应式为CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，b电极为正极，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，在得失电子相等的条件下，正负极电极反应式相加即得电池反应式，结合甲烷和电子之间的关系式计算．

解答： 解：（1）燃料电池中，电解质溶液呈酸性，所以负极上燃料失电子发生氧化反应，所以a电极反应式为CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，故答案为：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；
（2）b电极为正极，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，故答案为：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O
（3）正负极电极反应式相加即得电池反应式为CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O，故答案为：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O；
（4）设甲烷的体积为x，
CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺
22.4L 8mol
x     4mol
22.4L：8mol=x：4mol
x=

22.4L×4mol

8mol

=11.2L，
故答案为：11.2．

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：书写条件下不能生成氢氧根离子，碱性条件下不能生成氢离子，题目难度中等．