Question

被譽為改變未來世界的十大新科技之一的燃料電池具有無污染、無噪音、高效率的特點．如圖為氫氧燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極材料為疏松多孔石墨棒．當(dāng)氧氣和氫氣分別連續(xù)不斷地從正、負兩極通入燃料電池時，便可在閉合回路中不斷地產(chǎn)生電流．試回答下列問題：
（1）寫出氫氧燃料電池工作時正極電極反應(yīng)方程式：

 

．
（2）如果該氫氧燃料電池每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗標(biāo)準狀況下

 

L氧氣．
（3）若將此燃料電池改進為直接以甲烷和氧氣為原料進行工作時，負極反應(yīng)式為

 

．  電池總離子反應(yīng)方程式為

 

．

Answer 1

考點：常見化學(xué)電源的種類及其工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）氫氧燃料電池中，電解質(zhì)溶液為堿，則正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；
（2）根據(jù)電極方程式中電子與氧氣的關(guān)系求算；
（3）燃料電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；堿性條件下，甲烷燃燒生成碳酸根離子．

解答： 解：（1）氫氧燃料電池中，電解質(zhì)溶液為堿，則正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，則其電極反應(yīng)式為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
故答案為：；2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-
（2）已知2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，則每轉(zhuǎn)移0.1mol電子消耗的氧氣為：

1

4

×0.1mol=0.025mol，所以V（O ₂）=nV_m=0.025mol×22.4L/mol=0.56L；
故答案為：0.56；
（3）燃料電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下，甲烷在負極生成碳酸根離子，其電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；堿性條件下，甲烷燃燒生成的二氧化碳再與氫氧根離子結(jié)合生成碳酸根離子，則總反應(yīng)方程式為：CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O；
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．

點評：本題考查燃料電池及物質(zhì)的量的有關(guān)計算，注意根據(jù)電極方程式中電子與物質(zhì)的關(guān)系求算，題目難度中等．