Question

科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電源的重要途徑．近幾年開(kāi)發(fā)的甲烷燃料電池是采用鉑作電極催化劑，電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過(guò)．其工作原理的示意圖如圖：
（1）Pt（a）電極上的反應(yīng)式為

 

；
（2）Pt（b）電極上的反應(yīng)式為

 

；
（3）原電池的總反應(yīng)是

 

；
（4）若電池工作時(shí)電路中通過(guò)4mol電子，則用去的CH₄在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為

 

L．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專(zhuān)題：電化學(xué)專(zhuān)題

分析：該燃料電池中，電解質(zhì)溶液呈酸性，所以負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以a電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，b電極為正極，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，在得失電子相等的條件下，正負(fù)極電極反應(yīng)式相加即得電池反應(yīng)式，結(jié)合甲烷和電子之間的關(guān)系式計(jì)算．

解答： 解：（1）燃料電池中，電解質(zhì)溶液呈酸性，所以負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以a電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；
（2）b電極為正極，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O
（3）正負(fù)極電極反應(yīng)式相加即得電池反應(yīng)式為CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O，故答案為：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O；
（4）設(shè)甲烷的體積為x，
CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺
22.4L 8mol
x     4mol
22.4L：8mol=x：4mol
x=

22.4L×4mol

8mol

=11.2L，
故答案為：11.2．

點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池原理，側(cè)重考查電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)，結(jié)合電解質(zhì)溶液書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式，注意：書(shū)寫(xiě)條件下不能生成氫氧根離子，堿性條件下不能生成氫離子，題目難度中等．