Question

3．原電池是利用兩個(gè)電極之間金屬性的不同，產(chǎn)生電勢(shì)差，從而使電子的流動(dòng)，產(chǎn)生電流．隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以原電池原料為基礎(chǔ)，科學(xué)家們研制出了各式各樣的化學(xué)電源，請(qǐng)應(yīng)用原電池相關(guān)知識(shí)回答：
（1）鉛蓄電池是常用的化學(xué)電源，其電極材料是Pb和PbO₂，電解液為硫酸．工作時(shí)該電池總反應(yīng)式為Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．根據(jù)上述情況判斷：蓄電池的負(fù)極材料是鉛，電極反應(yīng)為Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中陰離子移向負(fù)極．（填“正”或“負(fù)”）；若外電路有0.2mol電子通過(guò)，正極質(zhì)量理論上增加6.4g．
（2）燃料電池（Fuel Cell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置．燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來(lái)．常見(jiàn)的燃料電池有氫氧燃料電池、烷氧燃料電池、醇氧燃料電池等，如圖氫氧燃料電池示意圖：
①若電解液為KOH溶液，則電池工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)為：2H₂+4OH^--4e^-=2H₂O；正極的電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②若電解液為H₂SO₄溶液，則電池工作時(shí)正極的電極反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
③若將上述燃料電池中的氫氣改為CH₄，以硫酸做電解質(zhì)，則負(fù)極的電極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺．

Answer 1

分析 （1）放電時(shí)，鉛失電子，鉛作負(fù)極，鉛的化合價(jià)升高被氧化成二價(jià)鉛離子，并與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛；工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中陰離子移向負(fù)極；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之間的關(guān)系式計(jì)算；
（2）①燃料電池中，通入燃料的電極是負(fù)極，負(fù)極上燃料氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氫離子，氫離子與電解質(zhì)溶液中的氫氧根反應(yīng)生成水，通入氧化劑的電極是正極，正極上氧化劑氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②若電解液為H₂SO₄溶液，負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；
③把氫氣改為甲烷，以硫酸做電解質(zhì)，負(fù)極上甲烷失電子生成二氧化碳和氫離子．

解答 解：（1）放電時(shí)，鉛作負(fù)極，負(fù)極上鉛失電子和硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛，電極反應(yīng)式為：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中陰離子移向負(fù)極；放電時(shí)，正極上PbO₂得電子和H₂SO₄反應(yīng)生成PbSO₄，電極反應(yīng)式為PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O，關(guān)系式為：PbO₂～2e^-～PbSO₄，當(dāng)外電路通過(guò)2mol電子時(shí)，生成1molPbSO₄，正極增重的質(zhì)量可以看作1molSO₂的質(zhì)量，即64g，若外電路有0.2mol電子通過(guò)，正極質(zhì)量理論上增加6.4g，
故答案為：鉛；Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；負(fù)；6.4；
（2）①燃料電池中，通入燃料的電極是負(fù)極，通入氧化劑的電極是正極，所以通入氫氣的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極，負(fù)極上電極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-=2H₂O，正極上電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：2H₂+4OH^--4e^-=2H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②若電解液為H₂SO₄溶液，負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，所以負(fù)極電極反應(yīng)式為2H₂-4e^-=4H⁺，正極電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
③若把H₂改為CH₄，以硫酸做電解質(zhì)，負(fù)極上甲烷失電子生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池原理，根據(jù)原電池正負(fù)極上得失電子確定發(fā)生的電極反應(yīng)，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，書寫時(shí)要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性，燃料、氧化劑相同，但電解質(zhì)溶液酸堿性不同，其電極反應(yīng)式不同，為易錯(cuò)點(diǎn)．