Question

14．如图所示为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．试回答下列问题：
（1）图中通过负载的电子流动方向为向右（填“向左”或“向右”）．
（2）氢氧燃料电池工作时的正极反应为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，反应中若转移2mol电子，消耗H₂的体积为22.4L（标准状况）．
（3）为了获得氢气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在催化剂作用下制取氢气．写出C₃H₈和H₂O反应生成H₂和CO的化学方程式C₃H₈+3H₂O$\frac{\underline{催化剂}}{△}$3CO+7H₂．
（4）若将此燃料电池改为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，正极反应为2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，负极反应为CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据原电池工作原理判断电子的流向；
（2）根据反应的反应类型书写电极反应式，结合电子守恒进行计算；
（3）根据反应物、生成物、反应条件写出反应方程式；
（4）先根据反应类型确定负极上发生反应的物质，然后写出相应的电极反应式．

解答 解：（1）根据原电池工作原理，负极上失电子，电子从负极沿外电路流向正极，所以通过负载的电子流动方向是向右．
故答案为：向右；
（2）正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，发生还原反应，所以电极反应式为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；负极上失电子和氢氧根离子反应生成水，所以电极反应式为2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；反应中若转移2mol电子，消耗H₂的物质的量是1mol，体积是22.4L．
故答案为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；22.4；
（3）该反应中反应物是丙烷和H₂O，产物是H₂和CO，反应条件是高温、催化剂，所以方程式为
C₃H₈+3H₂O$\frac{\underline{催化剂}}{△}$3CO+7H₂．故答案为：C₃H₈+3H₂O$\frac{\underline{催化剂}}{△}$3CO+7H₂；
（4）负极上是燃料失电子，正极上是氧气得电子，所以负极上甲烷反应生成二氧化碳，二氧化碳是酸性氧化物，能和电解质溶液KOH反应生成盐和水，所以负极上的电极反应式为CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；．
故答案为：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

点评 本题考查了燃料电池电极反应式及电池反应方程式的书写，燃料在负极上失电子发生氧化反应，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，书写电极反应式时要结合电解质溶液确定生成的离子．