Question

7．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）①a極負極
②a電極反應式為2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O
（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時所構成的甲烷燃料電池中 ①a極的電極反應式CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O
②甲烷燃料電池總的離子反應方程式為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為2H₂+O₂=2H₂O；通入氫氣的一極a為電源的負極，發生氧化反應，電極反應式為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（2）氫氣換成甲烷是甲烷和氧氣反應生成二氧化碳和水的氧化還原反應，圖中電解質溶液是堿性溶液，依據原電池的原理，結合元素化合價變化分析失電子的物質甲烷在負極a發生氧化反應，氧氣再正極b發生還原反應．

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，由于電解質溶液呈堿性，則負極電極反應式為：2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O；
故答案為：負；2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O；
（2）圖中H₂換成CH₄時所構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生成碳酸鉀和水，所以電池的反應的離子方程式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正極上是氧氣得到電子發生還原反應，電極反應式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；電池總反應的離子方程式減去正極電極反應×2，得到負極電極反應：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用，電極名稱，電極判斷，電極反應，電池反應，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、還原反應、電子守恒是解題關鍵．