Question

15．燃料电池作为一种新型能源由于电极材料丰富，电解质多样（可以是固态、液态、气态等），将渗透到我们生活的各个领域．
（1）碱性燃料电池（AFG）是采用30%-50%KOH溶液作电解质溶液，以H₂为燃料在一定条件下使其发生反应，试用方程式表示该电池的电极反应：正极O₂+2H₂O+4e-=4OH^-，负极2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O．
（2）燃料电池的电解质溶液可以是碱性，也可以是酸性．下列物质最适合作实用型氢氧燃料电池的是A（A．浓盐酸 B.98%浓硫酸 C．磷酸 D．碳酸），书写电极反应式：
正极O₂+4H⁺+4e-=2H₂O，
负极2H₂-4e^-=4H⁺．
（3）固态氧化物燃料电池以固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O^2-在其间通过，该电池工作原理如图所示，多孔电极a、b均不参与电极反应．其中正极是a（填a或b），
正极反应式：O₂+4e^-═2O^2-，
负极反应式H₂+O^2--2e^-=H₂O．
（4）燃料电池除了用H2外，还可以用其他气体如CO、CH₄等，若用CH₃CH₂OH作燃料，则它将在b极反应（填“a”或“b”），写出酸性条件下该电极反应式：C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺，写出在碱性条件下该电极反应式：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）氢氧燃料电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，注意碱性电解质的条件下，负极产物是氢离子，正极产物是氢氧根离子，在酸性环境下，负极产物是氢离子，正极产物是水；
（2）电池的电解质是强电解质，在酸性环境下，负极产物是氢离子，正极产物是水；
（3）该燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极反应式为：H₂+O^2--2e^-=H₂O，通入氧化剂的电极为正极，电极反应式为O₂+4e^-═2O^2-，据此回答；
（4）原电池的负极发生氧化反应，乙醇燃料电池中，乙醇被氧化，所以负极为乙醇失去电子的过程．

解答 解：（1）氢氧燃料电池工作时，氢气为燃料，负极燃料氢气发生氧化反应，正极是氧气发生还原反应，氧气是氧化剂，碱性氢氧燃料电池工作时，在负极上通入氢气，发生氧化反应，电极反应式为2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O，在正极上通入氧气，发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e-=4OH^-；2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O；
（2）电池的电解质是强电解质C．磷酸 D．碳酸都是弱电解质，不符合要求，B.98%浓硫酸 中没有自由移动的离子，不能做电解质，故选A．在酸性环境下，负极上通入氢气，发生氧化反应，电极反应式为2H₂-4e^-=4H⁺，在正极上通入氧气，发生还原反应，电极反应式为O₂+4H⁺+4e-=2H₂O，故答案为：A；O₂+4H⁺+4e-=2H₂O；2H₂-4e^-=4H⁺；
（3）根据电子转移的方向，所以a是正极，b是负极，通入氧化剂的电极为正极，电极反应式为O₂+4e^-═2O^2-，通入燃料的电极为负极，负极反应式为：H₂+O^2--2e^-=H₂O，故答案为：O₂+4e^-═2O^2-；H₂+O^2--2e^-=H₂O；
（4）在乙醇燃料电池中，负极b极上是燃料乙醇发生失电子的氧化反应，在碱性环境下的电极反应为：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，在酸性环境下的电极反应为：CH₃CH₂OHC₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺，故答案为：b；C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺．

点评 本题考查化学电源新型电池的工作原理，题目难度中等，解答本题的关键是能根据电池总反应判断正负极，并能写出电极反应式，为解答该题的易错点，注意把握．