Question

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^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）固體電解質（高溫下能傳導O^2-）
燃料電池總反應式：CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O
正極2O₂+8e^-=4O^2-．負極CH₄+4O^2--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^-═4CO₃^2-．負極CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．

Answer 1

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O^2-；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^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）固體電解質中，正極上氧氣得電子生成O^2-，則正極電極反應式為：2O₂+8e^-=4O^2-；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+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O；
故答案為：2O₂+8e^-=4O^2-；CH₄+4O^2--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^-═4CO₃^2-，負極上甲烷失電子轉化為二氧化碳，負極反應式為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O；
故答案為：2O₂+4CO₂+8e^-═4CO₃^2-；CH₄+4CO₃^2--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．