Question

19．燃料電池具有廣闊的發展前途，科學家近年研制出一種微型的燃料電池，采用甲醇取代氫氣做燃料可以簡化電池設計，該電池有望取代傳統電池．某學生在實驗室利用堿性甲醇燃料電池電解Na₂SO₄溶液．
請根據圖示回答下列問題：
（1）圖中a電極是陽（填“正極”、“負極”、“陰極”或“陽極”）．該電極上發生的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
（2）堿性條件下，通入甲醇的一極發生的電極反應式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
（3）當消耗3.36L氧氣時（已折合為標準狀況），理論上電解Na₂SO₄溶液生成氣體的總物質的量是0.45mol．
（4）若a、b電極材料分別為鐵和石墨，則電解總反應化學方程式為2Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）燃料電池中，通入燃料的電極是負極，通入氧氣的電極是正極，電解池中，和電源負極相連的極是陰極，和電源正極相連的是陽極；
（2）燃料電池的負極上是燃料發生失電子的氧化反應，根據電解質環境來回答；
（3）根據串聯電路電子守恒來計算回答；
（4）若a、b電極材料分別為鐵和石墨，則鐵是陽極，石墨是陰極，陽極鐵放電生成亞鐵離子，陰極水放電生成氫氣，亞鐵離子與氫氧根離子結合成氫氧化亞鐵，由此分析解答．

解答 解：（1）燃料電池中，通入燃料甲醇的電極是負極，通入氧氣的電極是正極，電解池中，和電源負極相連的極b是陰極，和電源正極相連的a極是陽極，電解硫酸鈉溶液，在陽極上是氫氧根離子發生失電子的氧化反應，該電極上發生的電極反應式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：陽；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）燃料電池的負極上是燃料甲醇發生失電子的氧化反應，電解質環境是堿性，則電極反應為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（3）在燃料電池的正極上，正極反應：O₂↑+4H⁺+4e^-=2H₂O，當消耗3.36L即0.15mol氧氣時（已折合為標準狀況），轉移電子的量是0.6mol，電解Na₂SO₄溶液的實質是電解水，根據電解方程式：2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，轉移電子的量是0.6mol時，生成氣體的物質的量是0.45mol，
故答案為：0.45；
（4）若a、b電極材料分別為鐵和石墨，則鐵是陽極，石墨是陰極，陽極鐵放電生成亞鐵離子，陰極水放電生成氫氣，亞鐵離子與氫氧根離子結合成氫氧化亞鐵，所以總的電極反應式為：2Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑，故答案為：2Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑．

點評 本題考查電化學知識的綜合考查題，注意原電池和電解池的工作原理是解題關鍵，難度不大．