Question

15．新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料．两电极上分别通入CH₄和O₂，电解质为KOH溶液．
（1）通入甲烷的一极作原电池的甲烷极（填“正”或“负”，下同），通入O₂的一极作原电池的氧气
极．
（2）该甲烷燃料电池中，负极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，正极反应式为2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-．
（3）电池工作时，该燃料电池中OH^-向负极移动，K⁺向正极移动．
（4）甲烷燃料电池工作时，若某一电极上消耗11.2L（标准状况下）的CH₄气体，线路中转移电子的个数是4N_A（N_A为阿伏伽德罗常数的值）．
（5）若将甲烷燃烧电池的电解质溶液由KOH溶液改为稀硫酸，则此时的负极反应式为CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，正极反应式为2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O．

Answer 1

分析 （1）燃料电池中通燃料的是负极，发生氧化反应；通氧气的是正极发生还原反应；
（2）甲烷碱性燃料电池中正极氧气得电子被还原，负极甲烷失电子被氧化；
（3）原电池工作时阴离子向负极移动；阳离子向正极移动；
（4）根据原电池工作原理及电子守恒计算出转移的电子数；
（5）电解质溶液由KOH溶液改为稀硫酸，负极上投放燃料甲烷，发生失电子发生氧化反应：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，正极上投放氧气，发生得电子的还原反应：2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O．

解答 解：（1）燃料电池中通燃料的是负极，所以负极是甲烷，发生氧化反应；通氧气的是正极发生还原反应，所以氧气是正极，故答案为：甲烷；氧气；
（2）在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正极是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，负极是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；
（3）原电池工作时阴离子向负极移动，所以该燃料电池中OH^-向负极移动；阳离子向正极移动，所以K⁺向正极移动，故答案为：负；正；
（4）消耗11.2L（标准状况下）的CH₄气体，物质的量为：$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，所以转移电子个数为：0.5mol×8×N_Amol^-1=4N_A，故答案为：4N_A；
（5）电解质溶液由KOH溶液改为稀硫酸，负极上投放燃料甲烷，发生失电子发生氧化反应：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，正极上投放氧气，发生得电子的还原反应：2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O，故答案为：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O．

点评 本题考查了化学电源新型电池，根据得失电子确定正负极上通入的气体，难点是电极反应式的书写，注意碱性条件下甲烷失电子不能生成氢离子，要生成碳酸根离子，为易错点．