Question

美國阿波羅宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池是一種新型的化學電池，其構(gòu)造如圖所示；兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙中逸出，并在電極表面放電．
（1）a極是

負

極，b極是

正

極，電極反應(yīng)式分別為

2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O

，

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

．
（2）氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然使用方便，卻受到價格和來源的限制．常用的燃料，往往是某些碳氫化合物，如甲烷（天然氣）、汽油等．請寫出將圖中H₂換成CH₄時所構(gòu)成的甲烷燃料電池中a極的電極反應(yīng)式：

CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O

．此時電池內(nèi)總的反應(yīng)方程式為

CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O

．

Answer 1

分析：（1）氫氧燃料電池中，原電池工作時，氫氧燃料電池的總反應(yīng)為2H₂+O₂=2H₂O；通入氫氣的一極a為電源的負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧氣的一極b為原電池的正極，
電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）氫氣換成甲烷是甲烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水的氧化還原反應(yīng)，圖中電解質(zhì)溶液是堿性溶液，依據(jù)原電池的原理，結(jié)合元素化合價變化分析失電子的物質(zhì)甲烷在負極a發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣再正極b發(fā)生還原反應(yīng)；

解答：解：（1）氫氧燃料電池中，通入氫氣的一極為電源的負極，通入氧氣的一極為原電池的正極，由于電解質(zhì)溶液呈堿性，則負極電極反應(yīng)式為：2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O（或H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O），正極電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：負；正；2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O（或H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O）；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）圖中H₂換成CH₄時所構(gòu)成的甲烷燃料電池中，甲烷燃燒生成二氧化碳和水，二氧化碳和氫氧化鉀反應(yīng)生成碳酸鉀和水，所以電池的反應(yīng)的離子方程式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O
其中正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；電池總反應(yīng)的離子方程式減去正極電極反應(yīng)×2，得到負極電極反應(yīng)：CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案為：CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O、CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O；

點評：本題考查了原電池的工作原理的應(yīng)用，電極名稱，電極判斷，電極反應(yīng)，電池反應(yīng)，熟練掌握原電池的基本知識，分清化合價變化判斷氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、電子守恒是解題關(guān)鍵．