Question

9．（1）根據氧化還原反應2H₂+O₂═2H₂O，設計成燃料電池，負極通的氣體應是H₂，正極通的氣體應是O₂．
（2）根據選擇電解質溶液的不同，填寫下表：

電解質溶液	H2SO4溶液	KOH溶液
負極反應式
正極反應式
溶液的pH變化

（3）若把H₂改為CH₄，KOH作電解質，則負極反應式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據電池反應式可知在反應中H₂被氧化，O₂被還原．H₂應該在負極上反應，O₂應該在正極上反應；
（2）酸性溶液，此時應考慮不可能有OH^-生成，所以負極發生氧化反應，電極反應為H₂-2e^-=2H⁺，正極發生還原反應，電極反應為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，生成水導致氫離子濃度減少，pH增大；H₂應該在負極上反應，O₂應該在正極上反應，又因為是堿性溶液，不可能有H⁺參加或生成，生成水導致氫氧根離子的濃度減小；
（3）如把H₂改為甲烷，KOH溶液做電解質，甲烷在負極失電子發生氧化反應在堿溶液中生成碳酸鹽．

解答 解：（1）根據電池反應式可知在反應中H₂被氧化，O₂被還原．H₂應該在負極上反應，O₂應該在正極上反應，故答案為：H₂；O₂；
（2）酸性溶液，此時應考慮不可能有OH^-生成，所以負極發生氧化反應，電極反應為H₂-2e^-=2H⁺，正極發生還原反應，電極反應為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，生成水導致氫離子濃度減少，pH增大，所以H₂SO₄溶液：負極：H₂-2e^-=2H⁺；正極：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；溶液的pH變化：增大；
H₂應該在負極上反應，O₂應該在正極上反應，正極的電極反應為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；又因為是堿性溶液，不可能有H⁺參加或生成，故負極的電極反應為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，生成水導致氫氧根離子的濃度減小，所以溶液的pH減小，所以KOH溶液：負極：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；溶液的pH變化：減小，
故答案為：

電解質溶液	H2SO4溶液	KOH溶液
負極反應式	H2-2e-=2H+	H2-2e-+2OH-=2H2O
正極反應式	O2+4H++4e-=2H2O	O2+2H2O+4e-=4OH-
溶液的pH變化	增大	減小

；
（3）如把H₂改為甲烷，KOH溶液做電解質，氧氣在正極得到電子生成氫氧根離子，則正極為2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，甲烷失電子在堿溶液中反應，甲烷在負極失電子發生氧化反應在堿溶液中生成碳酸鹽，此時不會有CO₂放出；負極為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．

點評 本題考查了原電池原理、組成、電極名稱和電極反應的分析判斷，注意不同電解質溶液中電極反應產物的書寫，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．