Question

9．燃料電池將是21世紀(jì)獲得電能的重要途徑．近幾年開(kāi)發(fā)的丁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下：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）Pt（b）電極是電池的正極，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
Pt（a）電極發(fā)生氧化反應(yīng)（填“氧化”或“還原”），電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺．
（2）若電解質(zhì)溶液改為KOH溶液，Pt（b）電極的電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；Pt（a）電極的電極反應(yīng)式為C₄H₁₀+34OH^--26e^-═4CO₃^2-+22H₂O．
（3）如果該電池工作時(shí)電路中通過(guò)1.2mol電子，則消耗掉O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為6.72L．

Answer 1

分析 （1）該原電池中質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過(guò)，說(shuō)明電解質(zhì)溶液為酸性溶液，燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，通入氧化劑的電極為正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）若電解質(zhì)溶液改為KOH溶液，正極的電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；負(fù)極的電極反應(yīng)式為：C₄H₁₀+34OH^--26e^-═4CO₃^2-+22H₂O；
（3）根據(jù)O₂～～4mole^-，進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）該原電池中質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過(guò)，說(shuō)明電解質(zhì)溶液為酸性溶液，燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，負(fù)極上甲烷失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+2H₂O=8H⁺+CO₂，通入氧化劑的電極為正極，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水而發(fā)生還原反應(yīng)，
電極反應(yīng)式為2O₂+8e^-+8H⁺=4H₂O，
故答案為：正，O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；氧化，CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；
（2）若電解質(zhì)溶液改為KOH溶液，正極的電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；負(fù)極的電極反應(yīng)式為：C₄H₁₀+34OH^--26e^-═4CO₃^2-+22H₂O，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；C₄H₁₀+34OH^--26e^-═4CO₃^2-+22H₂O；
（3）O₂～～4mole^-，
    22.4L   4mol
     V      1.2mol
所以V=$\frac{1.2×22.4}{4}$=6.72L，故答案為：6.72L．

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：氧負(fù)離子堿性條件下不是結(jié)合氫離子，題目難度中等．