Question

15．（1）高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通電池相比，該電池能較長時間保持穩(wěn)定的放電電壓．高鐵電池的總反應為：
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH．
請回答下列問題：
①高鐵電池的負極材料是鋅．
②放電時，正極發(fā)生還原（填“氧化”或“還原”）反應：已知負極反應為Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，則正極反應為FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-．
③放電時，正（填“正”或“負”）極附近溶液的堿性增強．
（2）某種燃料電池的工作原理示意如圖所示，a、b均為惰性電極．
①使用時，空氣從B口通入（填“A”或“B”）；
②假設使用的“燃料”是甲烷，a極的電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O；
?與鉛蓄電池相比，當消耗相同質量的負極物質時，甲烷燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的51.8倍（保留一位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）①放電時，該電池是原電池，原電池負極上失電子化合價升高而發(fā)生氧化反應；
②放電時，正極上得電子發(fā)生還原反應，總反應方程式減去負極電極反應式即得正極反應式；
③根據(jù)電極反應式確定堿性增強的電極；
（2）①由電子轉移方向可知a為負極，發(fā)生氧化反應，應通入燃料，b為正極，發(fā)生還原反應，應通入空氣；
②假設使用的“燃料”是甲烷，則負極發(fā)生CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O；
根據(jù)負極上的反應，消耗負極質量減少一樣多時，轉移得電子的物質的量即可；

解答 解：（1）①電池的負極上發(fā)生氧化反應，正極上發(fā)生還原反應．由高鐵電池放電時總反應方程式可知，負極材料應為作還原劑的Zn，故答案為：鋅；
②正極上得電子發(fā)生還原反應，由電池的總反應方程式-負極反應式=正極反應式可知，正極反應式為FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-，
故答案為：還原；FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-；
③放電時，負極電極反應式為Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，正極反應式為FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-，根據(jù)電極反應式知，正極上生成氫氧根離子導致溶液中氫氧根離子濃度增大，溶液的PH增大，
故答案為：正；
（2）①由電子轉移方向可知a為負極，發(fā)生氧化反應，應通入燃料，b為正極，發(fā)生還原反應，應通入空氣，故答案為：B；
②假設使用的“燃料”是甲烷，則負極發(fā)生CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O，故答案為：②CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O；
根據(jù)負極上的電極反應式：CH₄-8e^-+10OH^-═CO+7H₂O，消耗1g甲烷，轉移電子的物質的量是$\frac{8}{16}$mol，鉛蓄電池的負極上發(fā)生的反應為：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，
消耗1gPb，轉移電子的物質的量是$\frac{2}{207}$mol，所以當消耗相同質量的負極活性物質時，甲烷燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的比值是$\frac{8}{16}$mol：$\frac{2}{207}$mol=51.8，故答案為：51.8．

點評 本題考查了原電池原理以及燃料電池的應用，根據(jù)元素化合價變化來確定正負極，在書寫電池的電極方程式時要注意電解質對反應產物的影響，難度不大．