Question

可以将氧化还原反应2H₂+O₂═2H₂O设计成原电池．
（1）利用氢气和氧气、氢氧化钾溶液构成燃料电池，则负极通入的气体应是

 

，正极通入的气体就是

 

，电极反应式为：正极

 

，负极

 

．
（2）如把KOH改为稀硫酸做电解质，则电极反应式为：正极

 

，负极

 

．
（3）（1）和（2）的电解溶液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？

 

．
（4）如把H₂改为甲烷，KOH溶液做电解质溶液，则电极反应式为：正极

 

，负极

 

．

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：（1）根据电池反应式可知在反应中H₂被氧化，O₂被还原．H₂应该在负极上反应，O₂应该在正极上反应，又因为是碱性溶液，不可能有H⁺参加或生成；
（2）若将导电物质换为酸性溶液，此时应考虑不可能有OH^-生成；
（3）由于前者在碱性条件下反应，KOH的量不变，但工作时H₂O增多，故溶液变稀，pH将变小；而后者为酸溶液，H₂SO₄的量不变，H₂O增多，故溶液变稀，pH将变大；
（4）如把H₂改为甲烷，KOH溶液做电解质，甲烷在负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐．

解答： 解：（1）根据电池反应式可知在反应中H₂被氧化，O₂被还原．H₂应该在负极上反应，O₂应该在正极上反应，又因为是碱性溶液，不可能有H⁺参加或生成，故负极的电极反应为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，正极的电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案为：H₂，O₂，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（2）若将导电物质换为酸性溶液，此时应考虑不可能有OH^-生成，故负极的电极反应为H₂-2e^-=2H⁺，正极的电极反应为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；H₂-2e^-=2H⁺；
（3）由于前者在碱性条件下反应，KOH的量不变，但工作时H₂O增多，故溶液变稀，pH将变小；而后者为酸溶液，H₂SO₄的量不变，H₂O增多，故溶液变稀，pH将变大；
故答案为：前者变小，后者变大；
（4）如把H₂改为甲烷，KOH溶液做电解质，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，则正极为2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，甲烷失电子在碱溶液中反应，甲烷在负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐，此时不会有CO₂放出；负极为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案为：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．

点评：本题考查了原电池原理、组成、电极名称和电极反应的分析判断，注意不同电解质溶液中电极反应产物的书写，掌握基础是关键，题目难度中等．