Question

14．一個完整的氧化還原反應的方程式可以拆開，寫成兩個“半反應式”，一個是氧化反應式，另一個是還原反應式．如2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺的拆寫結果是：
氧化反應為Cu-2e^-═Cu²⁺，還原反應為2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，原電池的電極反應式也可利用此方法書寫．請回答下列問題：
（1）已知某一反應的兩個“半反應式”分別為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O和4H₂O+2O₂+8e^-═8OH^-．請寫出該反應的總反應式：CH₄+2OH^-+2O₂═CO₃^2-+3H₂O．
（2）右圖為氫氧燃料電池的構造示意圖，已知X極的電極反應式為2H₂-4e^-+4OH^-═4H₂O，則X極為電池的負（填“正”或“負”）極，Y極的電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．
當電池工作一定時間后，電解質溶液的堿性減弱（填“增強、減弱或不變”）
（3）有人以化學反應：2Zn+O₂+4H⁺═2Zn²⁺+2H₂O為基礎設計一種原電池，移入人體內作為心臟起搏器的能源，它們靠人體內血液中溶有一定濃度的O₂、H⁺、Zn²⁺進行工作．則該原電池負極的電極反應式為2Zn-4e^-═2Zn²⁺，正極的電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，若電池工作過程中有5.6L O₂（標準狀況下）參于反應，則轉移電子的物質的量為1mol．

Answer 1

分析 （1）原電池中正負極電極方程式相加即可得到總反應；
（2）根據(jù)負極反應為2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O，則通入氫氣的一極為負極，發(fā)生氧化反應，并可判斷溶液呈堿性，堿性溶液中正極發(fā)生還原反應，電極反應為O₂-4e^-+2H₂O=4OH^-，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)電池反應式知，鋅失電子發(fā)生氧化反應而作負極，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應，根據(jù)電極反應式計算．

解答 解：（1）已知甲烷燃料電池的半反應式分別為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，原電池中正負極電極方程式相加即可得到總反應，則總反應式：CH₄+2OH^-+2O₂═CO₃^2-+3H₂O，故答案為：CH₄+2OH^-+2O₂═CO₃^2-+3H₂O；
（2）X極的電極反應式為2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O，則通入氫氣的X極為負極，發(fā)生氧化反應，并可判斷溶液呈堿性，堿性溶液中正極Y極發(fā)生還原反應，電極反應為O₂-4e^-+2H₂O=4OH^-；氫氧燃料電池的實質是在一定條件下形成了原電池，其實質仍然是O₂把H₂氧化，電池總反應為2H₂+O₂=2H₂O，生成了水將堿性溶液稀釋，所以電解質溶液的堿性減弱；故答案為：負；O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；減弱；
（3）根據(jù)電池反應式知，鋅失電子發(fā)生氧化反應，所以鋅作負極，電極反應式為：2Zn-4e^-═2Zn²⁺，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，若電池工作過程中有5.6L O₂（標準狀況下）即$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol參于反應，則轉移電子的物質的量為0.25mol×4=1mol；
故答案為：2Zn-4e^-═2Zn²⁺；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；1mol．

點評 本題考查原電池以及氫氧燃料電池的工作原理，注意電解質溶液的酸堿性不同，則電極反應不同，根據(jù)得失電子判斷正負極，難點是電極反應式的書寫，難度不大．