Question

3．甲烷燃料电池在不同的环境下电极反应式的书写
（1）酸性条件
燃料电池总反应式．CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O
负极CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺．正极2O₂+8e^-+8H⁺═4H₂O．
（2）碱性条件
燃料电池总反应式：CH₄+2O₂+2NaOH═Na₂CO₃+3H₂O
正极2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-．负极CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）固体电解质（高温下能传导O^2-）
燃料电池总反应式：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O
正极2O₂+8e^-=4O^2-．负极CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O．
（4）熔融碳酸盐（如：熔融K₂CO₃）环境下
电池总反应式：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O．
正极2O₂+4CO₂+8e^-═4CO₃^2-．负极CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）酸性条件下，负极上燃料甲烷失电子发生氧化反应生成二氧化碳，正极上氧气得电子生成水；
（2）碱性条件下，负极上燃料甲烷失电子发生氧化反应生成碳酸根离子，正极上氧气得电子生成氢氧根离子；
（3）正极上氧气得电子生成O^2-；负极上甲烷失电子生成二氧化碳和水；
（4）熔融碳酸盐（如：熔融K₂CO₃）环境下，正极上氧气得电子生成碳酸根离子，负极上甲烷失电子转化为二氧化碳．

解答 解：（1）酸性条件，负极上燃料甲烷失电子发生氧化反应生成二氧化碳，则负极的电极反应式为：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为2O₂+8e^-+8H⁺═4H₂O；
故答案为：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；2O₂+8e^-+8H⁺═4H₂O．
（2）碱性条件下，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，则正极电极反应式为：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；在负极上甲烷反应能生成二氧化碳和水，二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠，则负极电极反应式为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案为：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）固体电解质中，正极上氧气得电子生成O^2-，则正极电极反应式为：2O₂+8e^-=4O^2-；负极上甲烷失电子生成二氧化碳和水，则负极电极反应式为：CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O；
故答案为：2O₂+8e^-=4O^2-；CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O；
（4）熔融碳酸盐（如：熔融K₂CO₃）环境下，正极上氧气得电子生成碳酸根离子，正极反应式为2O₂+4CO₂+8e^-═4CO₃^2-，负极上甲烷失电子转化为二氧化碳，负极反应式为CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O；
故答案为：2O₂+4CO₂+8e^-═4CO₃^2-；CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．

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，题目难度中等．