Question

14．科學家預言，燃料電池將是21世紀獲得電能的重要途徑，近幾年開發甲醇燃料電池是采用鉑作電極催化劑，電池中的質子交換膜只允許質子和水分子通過，其工作原理的示意圖如下：
（1）Pt（a）電極是電池的負極，電極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；Pt（b）電極發生還原反應（填“氧化”或“還原”），電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．
（2）電池的總反應方程式為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O．
（3）如果該電池工作時電路中通過2mol電子，則消耗的CH₃OH有$\frac{1}{3}$mol．

Answer 1

分析 （1）該原電池中質子交換膜只允許質子和水分子通過，說明電解質溶液為酸性溶液，燃料電池中，通入燃料的電極為負極，負極上失電子發生氧化反應，通入氧化劑的電極為正極，正極上得電子發生還原反應；
（2）原電池反應的實質為氧化還原反應，甲醇被氧化生成二氧化碳和水；
（3）根據甲醇和轉移電子之間的關系式計算．

解答 解：（1）該原電池中質子交換膜只允許質子和水分子通過，說明電解質溶液為酸性溶液，燃料電池中，通入燃料的電極為負極，負極上失電子發生氧化反應，電解方程式為CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，通入氧化劑的電極為正極，正極上得電子發生還原反應，電極方程式為O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，
故答案為：負；CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；還原；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
（2）原電池反應的實質為氧化還原反應，甲醇被氧化生成二氧化碳和水，電池總反應為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，
故答案為：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O；
（3）由電極方程式CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺可知，如果該電池工作時電路中通過2mol電子，則消耗的CH₃OH有$\frac{1}{3}$mol．
故答案為：$\frac{1}{3}$．

點評 本題考查了燃料電池，根據離子交換膜通過的微粒確定電解質溶液的酸堿性，再結合正負極上發生的反應來分析解答，題目難度不大．