Question

20．（1）高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通電池相比，該電池能較長時間保持穩定的放電電壓．高鐵電池的總反應為：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O $?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH． 請回答下列問題：
①鐵電池的負極材料是鋅．
②放電時，正極發生還原（填“氧化”或“還原”）反應：已知負極反應為Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，則正極反應FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-．
（2）某種燃料電池的工作原理示意如圖所示，a、b均為惰性電極．
①假設使用的“燃料”是甲烷，a極的電極反應式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；b極的電極反應為2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-
②此電池與鉛蓄電池相比，當兩種電池提供相同電量時，負極所消耗物質的物質的量之比為1：4．

Answer 1

分析 （1）①放電時，該電池是原電池，原電池負極上失電子化合價升高而發生氧化反應；
②放電時，正極上得電子發生還原反應，總反應方程式減去負極電極反應式即得正極反應式；
（2）①堿性條件下，電子由a流向b，則a為負極，b為正極，a電極上為甲烷失電子生成碳酸根離子；b電極上為氧氣得電子生成氫氧根離子；
②根據負極上的反應，消耗負極質量減少一樣多時，轉移得電子的物質的量即可．

解答 解：（1）①電池的負極上發生氧化反應，正極上發生還原反應．由高鐵電池放電時總反應方程式可知，負極材料應為作還原劑的Zn，故答案為：鋅；
②正極上得電子發生還原反應，由電池的總反應方程式-負極反應式=正極反應式可知，正極反應式為FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-，
故答案為：還原；FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-；
（2）①堿性條件下，電子由a流向b，則a為負極，b為正極，a電極上為甲烷失電子生成碳酸根離子，其電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
b電極上為氧氣得電子生成氫氧根離子，其電極反應式為：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-；
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-；
②根據負極上的電極反應式：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，鉛蓄電池的負極上發生的反應為：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，
所以當兩種電池提供相同電量時，負極所消耗物質的物質的量之比為：1：4，故答案為：1：4．

點評 本題考查了原電池原理等知識，明確正負極上得失電子及反應類型是解本題關鍵，難點是電極反應式的書寫．