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3.甲烷燃料電池在不同的環境下電極反應式的書寫
(1)酸性條件
燃料電池總反應式.CH4+2O2═CO2+2H2O
負極CH4-8e-+2H2O═CO2+8H+.正極2O2+8e-+8H+═4H2O.
(2)堿性條件
燃料電池總反應式:CH4+2O2+2NaOH═Na2CO3+3H2O
正極2O2+4H2O+8e-=8OH-.負極CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O.
(3)固體電解質(高溫下能傳導O2-
燃料電池總反應式:CH4+2O2═CO2+2H2O
正極2O2+8e-=4O2-.負極CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O.
(4)熔融碳酸鹽(如:熔融K2CO3)環境下
電池總反應式:CH4+2O2═CO2+2H2O.
正極2O2+4CO2+8e-═4CO32-.負極CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O.

分析 (1)酸性條件下,負極上燃料甲烷失電子發生氧化反應生成二氧化碳,正極上氧氣得電子生成水;
(2)堿性條件下,負極上燃料甲烷失電子發生氧化反應生成碳酸根離子,正極上氧氣得電子生成氫氧根離子;
(3)正極上氧氣得電子生成O2-;負極上甲烷失電子生成二氧化碳和水;
(4)熔融碳酸鹽(如:熔融K2CO3)環境下,正極上氧氣得電子生成碳酸根離子,負極上甲烷失電子轉化為二氧化碳.

解答 解:(1)酸性條件,負極上燃料甲烷失電子發生氧化反應生成二氧化碳,則負極的電極反應式為:CH4-8e-+2H2O═CO2+8H+;正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水,電極反應式為2O2+8e-+8H+═4H2O;
故答案為:CH4-8e-+2H2O═CO2+8H+;2O2+8e-+8H+═4H2O.
(2)堿性條件下,正極上氧氣得電子生成氫氧根離子,則正極電極反應式為:2O2+4H2O+8e-=8OH-;在負極上甲烷反應能生成二氧化碳和水,二氧化碳和氫氧化鈉反應生成碳酸鈉,則負極電極反應式為:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
故答案為:2O2+4H2O+8e-=8OH-;CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O.
(3)固體電解質中,正極上氧氣得電子生成O2-,則正極電極反應式為:2O2+8e-=4O2-;負極上甲烷失電子生成二氧化碳和水,則負極電極反應式為:CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O;
故答案為:2O2+8e-=4O2-;CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O;
(4)熔融碳酸鹽(如:熔融K2CO3)環境下,正極上氧氣得電子生成碳酸根離子,正極反應式為2O2+4CO2+8e-═4CO32-,負極上甲烷失電子轉化為二氧化碳,負極反應式為CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O;
故答案為:2O2+4CO2+8e-═4CO32-;CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O.

點評 本題考查原電池原理,側重考查電極反應式書寫,結合電解質溶液書寫電極反應式,題目難度中等.

練習冊系列答案
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