Question

【題目】人們應用原電池原理制作了多種電池，以滿足不同的需要。以下每小題中的電池廣泛使用于日常生活、生產和科學技術等方面，請根據題中提供的信息填空。

（1）蓄電池在放電時起原電池作用，在充電時起電解池的作用。鉛蓄電池在放電時發生的電池反應式為：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。負極反應式為________________反應一段時間后負極的質量_________（填“增重”或“減少”或“不變”）

（2）燃料電池是一種高效、環境友好的供電裝置，如圖是甲烷燃料電池原理示意圖，該電池極的負電極反應式是:_____________________；正極電極反應式_______________

（3）將鋁片和銅片用導線相連，分別插入濃硝酸中（a組）和插入燒堿溶液中（b組），都形成了原電池，在a組原電池中，負極材料為___________；寫出b組插入燒堿溶液中形成原電池的負極反應式：_________________________。

Answer 1

【答案】Pb＋SO42-–2e-=PbSO4 增重 CH4＋10OH－–8e－＝CO32—＋7H2O 4H2O + 2O2 + 8eˉ = 8OH— Cu Al+4OH-–3e-＝AlO2-+2H2O

【解析】

本題要根據原電池的工作原理分析，負極失去電子，發生氧化反應，正極得到電子，發生還原反應。燃料電池是將燃料的化學能轉化為電能，本質也是原電池。在書寫電極反應式時可將化學反應式拆成氧化反應和還原反應兩個半反應來寫。

(1)因為原電池的負極發生氧化反應，分析原電池反應Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O可知，鉛元素化合價由0價（Pb）升高到+2價（PbSO4），發生氧化反應，所以負極電極反應式：Pb-2e-+SO42-=PbSO4，因為PbSO4難溶于水，生成的PbSO4在負極板上析出，負極質量增加；

(2)由甲烷燃料電池原理示意圖可知，CH4通入的一極產生了CO32-，碳元素的化合價由-4價升高到+4價，發生氧化反應，即CH4通入的一極是負極，考慮到電解質溶液是強堿溶液，再根據電荷守恒和原子守恒可寫出負極反應式為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。正極顯然是O2通入的一極，正極電極反應式為：O2+4e-+2H2O=4OH-；

(3)常溫下濃硝酸能使鋁的表面形成致密的氧化物薄膜，阻止了濃硝酸繼續氧化鋁，將鋁片和銅片插入濃硝酸中，鋁變得穩定，而銅能被濃硝酸持續氧化，所以銅為負極；常溫下鋁與燒堿溶液反應：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，該反應中鋁被氧化，所以鋁為負極，負極反應式為：Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O。