Question

3．原電池是利用兩個電極之間金屬性的不同，產(chǎn)生電勢差，從而使電子的流動，產(chǎn)生電流．隨著科學技術的不斷發(fā)展，以原電池原料為基礎，科學家們研制出了各式各樣的化學電源，請應用原電池相關知識回答：
（1）鉛蓄電池是常用的化學電源，其電極材料是Pb和PbO₂，電解液為硫酸．工作時該電池總反應式為Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．根據(jù)上述情況判斷：蓄電池的負極材料是鉛，電極反應為Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；工作時，電解質溶液中陰離子移向負極．（填“正”或“負”）；若外電路有0.2mol電子通過，正極質量理論上增加6.4g．
（2）燃料電池（Fuel Cell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置．燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來．常見的燃料電池有氫氧燃料電池、烷氧燃料電池、醇氧燃料電池等，如圖氫氧燃料電池示意圖：
①若電解液為KOH溶液，則電池工作時負極的電極反應為：2H₂+4OH^--4e^-=2H₂O；正極的電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②若電解液為H₂SO₄溶液，則電池工作時正極的電極反應為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
③若將上述燃料電池中的氫氣改為CH₄，以硫酸做電解質，則負極的電極反應為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺．

Answer 1

分析 （1）放電時，鉛失電子，鉛作負極，鉛的化合價升高被氧化成二價鉛離子，并與硫酸反應生成硫酸鉛；工作時，電解質溶液中陰離子移向負極；根據(jù)轉移電子的物質的量之間的關系式計算；
（2）①燃料電池中，通入燃料的電極是負極，負極上燃料氫氣失電子發(fā)生氧化反應生成氫離子，氫離子與電解質溶液中的氫氧根反應生成水，通入氧化劑的電極是正極，正極上氧化劑氧氣得電子發(fā)生還原反應；
②若電解液為H₂SO₄溶液，負極上氫氣失電子生成氫離子，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水；
③把氫氣改為甲烷，以硫酸做電解質，負極上甲烷失電子生成二氧化碳和氫離子．

解答 解：（1）放電時，鉛作負極，負極上鉛失電子和硫酸反應生成硫酸鉛，電極反應式為：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；工作時，電解質溶液中陰離子移向負極；放電時，正極上PbO₂得電子和H₂SO₄反應生成PbSO₄，電極反應式為PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O，關系式為：PbO₂～2e^-～PbSO₄，當外電路通過2mol電子時，生成1molPbSO₄，正極增重的質量可以看作1molSO₂的質量，即64g，若外電路有0.2mol電子通過，正極質量理論上增加6.4g，
故答案為：鉛；Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；負；6.4；
（2）①燃料電池中，通入燃料的電極是負極，通入氧化劑的電極是正極，所以通入氫氣的電極是負極、通入氧氣的電極是正極，負極上電極反應式為2H₂+4OH^--4e^-=2H₂O，正極上電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：2H₂+4OH^--4e^-=2H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②若電解液為H₂SO₄溶液，負極上氫氣失電子生成氫離子，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，所以負極電極反應式為2H₂-4e^-=4H⁺，正極電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
③若把H₂改為CH₄，以硫酸做電解質，負極上甲烷失電子生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺．

點評 本題考查了原電池原理，根據(jù)原電池正負極上得失電子確定發(fā)生的電極反應，難點是電極反應式的書寫，書寫時要結合電解質溶液酸堿性，燃料、氧化劑相同，但電解質溶液酸堿性不同，其電極反應式不同，為易錯點．