题目内容

5．原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：
（1）甲烷-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．该电池放电时：正极的电极反应式是O2+2H2O+4e-═4OH-；
负极的电极反应式是CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O．
（2）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaC1溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极．
①以NaC1溶液为电解液时，电池总反应式为：4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3或4Al+3O2═2Al2O3；工作过程中电解液中的Na+向正极正极或负极）移动；
②以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al+4OH--3e-═AlO2-+2H2O；电池在工作过程中电解液的浓度减小．（填“变大”“变小”或“不变”）
（3）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池．试写出该电池的正极反应式N2+8H++6e-═2NH4+．
（4）请运用原电池原理设计实验，验证Cu2+、Fe3+氧化性的强弱．请画出实验装置图并写出电极反应式．

分析 （1）甲烷燃料电池中，负极反应为燃料失电子的氧化反应，正极反应为氧气得电子的还原反应，原电池中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，据电解质环境书写电极反应式；
（2）①铝空气燃料电池中，以NaC1溶液为电解液时，总反应是4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3或4Al+3O2═2Al2O3，根据原电池中阴离子、阳离子移动规律来回答；
②铝空气燃料电池中负极反应为Al+4OH--3e-═AlO2-+2H2O，根据总反应判断氢氧化钠的浓度变化；
（3）原电池的正极上发生得电子的还原反应，据此书写电极反应；
（4）Fe3+氧化性比Cu2+强，可发生2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，反应中Cu被氧化，为原电池的负极，则正极可为碳棒或不如Cu活泼的金属，电解质溶液为氯化铁溶液，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，以此解答该题．

解答 解：（1）甲烷燃料电池中，负极反应为燃料失电子的氧化反应，碱性环境下，电极反应为：CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O，正极反应为氧气得电子的还原反应，碱性环境下，电极反应为：O2+2H2O+4e-═4OH-，故答案为：O2+2H2O+4e-═4OH-；CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O；
（2）①铝空气燃料电池中，以NaC1溶液为电解液时，总反应是4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3或4Al+3O2═2Al2O3，原电池中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，
故答案为：4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3或4Al+3O2═2Al2O3；正极；
②以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al+4OH--3e-═AlO2-+2H2O，该电池在碱性条件下消耗了碱，总反应式为4Al+3O2+4OH-=4AlO2-+2H2O，所以氢氧化钠的浓度会减小，故答案为：Al+4OH--3e-═AlO2-+2H2O；减小；
（3）正极上氮气得电子和氢离子反应生成铵根离子，即电极反应为N2+8H++6e-═2NH4+，故答案为：N2+8H++6e-═2NH4+；
（4）Fe3+氧化性比Cu2+强，可发生2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，Cu被氧化，为原电池的负极，负极反应为Cu-2e-=Cu2+，正极Fe3+被还原，电极方程式为2Fe3++2e-=2Fe2+，正极可为碳棒，电解质溶液为氯化铁，则原电池装置图可设计为，电子从铜极流向碳极，
故答案为：正极反应：Fe3++e-═Fe2+，负极反应：Cu-2e-═Cu2+，．

点评 本题综合考查有关燃料电池的工作原理和规律知识，注意原电池的电极反应和总反应的书写规律在解题中的应用，难度不大．

练习册系列答案
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