Question

某原电池中，电解质溶液为稀H₂SO₄,分别向负极通入CH₄(或CO或H₂S)，向正极通入O₂(或Cl₂)，试完成下列问题：

(1)当分别通入CO和O₂时：

①正极反应：__________________________________________________；

②负极反应：__________________________________________________；

③电池总反应：________________________________________________；

④电解质溶液pH的变化__________。(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)当分别通入CH₄和O₂时：

①正极反应：__________________________________________________；

②负极反应：__________________________________________________；

③电池总反应：________________________________________________；

④电解质溶液pH的变化：________________。(填“增大”“减小”或“不变”)

(3)当分别通入H₂S和Cl₂时：

①正极反应：__________________________________________________；

②负极反应：__________________________________________________；

③电池总反应：________________________________________________；

④电解质溶液pH的变化：______________________________________。

(填“增大”“减小”或“不变”)

Answer 1

解析：燃料电池中，负极通入的燃料被氧化，C、S都被氧化到+4价，而+4价的C和S是不能单独存在的，在其常见存在形式CO₂(或)、SO₂(或)中，产物究竟是什么，O原子由谁来提供？应结合负极环境寻找答案。由于负极溶液是酸性的，所以不会生成、,而是生成CO₂、SO₂逸出。在负极氛围中含O原子的粒子只有H₂O分子(OH^-极少而忽略)，所以(或)中的O原子无疑是由H₂O分子提供的，提供O原子后的H₂O分子将游离出H⁺。同时，若燃料中含H元素，则在C、S被氧化为CO₂、SO₂后，也释放出H⁺。负极反应式可根据电荷守恒而配平。

    若正极通入的气体为O₂，则O₂得电子变为O^2-，O^2-被H⁺俘获变为H₂O分子。若正极的气体为Cl₂，则Cl₂得电子变为Cl^-。

    判断电解质溶液pH的变化，写出电池总反应式便知。这里将正、负电极反应式叠加，可得电池总反应。

答案：(1)①O₂+4e^-+4H⁺2H₂O  ②2CO+2H₂O2CO₂+4H⁺+4e^-

③2CO+O₂2CO₂↑  ④不变

(2)①2O₂+8e^-+8H⁺4H₂O  ②CH₄+2H₂OCO₂↑+8H⁺+8e^-

③CH₄+2O₂CO₂↑+2H₂O  ④变大

(3)①3Cl₂+6e^-6Cl^-  ②H₂S+2H₂O6H⁺+SO₂↑+6e^-

③3Cl₂+H₂S+2H₂O6Cl^-+6H⁺+SO₂↑  ④变小