Question

【題目】一種甲醇燃料電池采用鉑作電極催化劑,電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過(guò)。其工作原理的示意圖:

請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

（1）Pt(a)電極反應(yīng)為________;如果該電池工作時(shí)電路中通過(guò)2mol電子,則消耗的CH3OH有________mol。

（2）鎂燃料電池在可移動(dòng)電子設(shè)備電源和備用電源等方面應(yīng)用前景廣闊。圖3為“鎂—次氯酸鹽”燃料電池原理示意圖,電極為鎂合金和鉑合金。E為該燃料電池的________(填“正”或“負(fù)”)極。F電極上的電極反應(yīng)式________。

（3）乙醛酸(HOOC—CHO)是有機(jī)合成的重要中間體。工業(yè)上用“雙極室成對(duì)電解法”生產(chǎn)乙醛酸,原理如圖4所示,該裝置中陰、陽(yáng)兩極為惰性電極,兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸,其中乙二醛(OHC—CHO)與M電極的產(chǎn)物反應(yīng)生成乙醛酸。

①N電極上的電極反應(yīng)式為________。

②若2molH+通過(guò)質(zhì)子交換膜,并完全參與了反應(yīng),則該裝置中生成的乙醛酸為________mol。

Answer 1

【答案】CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+ 負(fù) ClO-+2e－+H2OCl-+2OH－ HOOC—COOH+2e－+2H+=HOOC-CHO+H2O 2

【解析】

(1)燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，負(fù)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子規(guī)律進(jìn)行計(jì)算；

(2)由示意圖可知，“鎂﹣次氯酸鹽”燃料電池中失電子的為負(fù)極，則鎂合金為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Mg-2e-＋2OH-===Mg(OH)2，鉑合金為正極，正極上ClO﹣得電子生成氯離子，則正極的電極反應(yīng)式為ClO﹣+2e﹣+H2O===Cl﹣+2OH﹣；

(3)根據(jù)H+的移動(dòng)方向可知，M電極是陽(yáng)極，Cl-在陽(yáng)極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成Cl2，電極反應(yīng)式為2Cl--2e-===Cl2↑，N電極為陰極，HOOC-COOH在陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成HOOC-CHO，電極反應(yīng)式為HOOC-COOH+2e-+2H+===HOOC-CHO+H2O。

(1)由裝置圖可知，電解質(zhì)溶液為酸性溶液，燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，則Pt(a)是負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+，根據(jù)電極方程式可知，電路中通過(guò)2mol電子時(shí)，消耗的CH3OH的物質(zhì)的量為mol，故答案為：CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+；；

(2)由示意圖可知，“鎂﹣次氯酸鹽”燃料電池中，E為鎂合金，為燃料電池的負(fù)極，F為鉑合金，為正極，正極上ClO﹣得電子生成氯離子，則正極的電極反應(yīng)式為ClO﹣+2e﹣+H2O===Cl﹣+2OH﹣，故答案為：負(fù)；ClO-＋2e-＋H2O===Cl-＋2OH-；

(3)①N電極為電解池的陰極，HOOC-COOH在陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成HOOC-CHO，電極反應(yīng)式為HOOC-COOH+2e-+2H+===HOOC-CHO+H2O，故答案為：HOOC-COOH+2e-+2H+===HOOC-CHO+H2O；

②2mol H+通過(guò)質(zhì)子交換膜，則電池中轉(zhuǎn)移2mol電子，根據(jù)電極方程式HOOC-COOH+2e-+2H+===HOOC-CHO+H2O，可知陰極生成1mol乙醛酸；陽(yáng)極（M極）電極反應(yīng)式為2Cl--2e-===Cl2↑，乙二醛與Cl2的反應(yīng)為Cl2+OHC—CHO+H2O===HOOC—CHO+2HCl，根據(jù)題意和陰、陽(yáng)極得失電子相等，陽(yáng)極也生成1mol乙醛酸；由于兩極均有乙醛酸生成，所以生成的乙醛酸為2mol，故答案為：2。