Question

14．如圖所示為氫氧燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極材料為疏松多孔石墨棒．當氧氣和氫氣分別連續(xù)不斷地從正、負兩極通入燃料電池時，便可在閉合回路中不斷地產(chǎn)生電流．試回答下列問題：
（1）圖中通過負載的電子流動方向為向右（填“向左”或“向右”）．
（2）氫氧燃料電池工作時的正極反應為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，反應中若轉(zhuǎn)移2mol電子，消耗H₂的體積為22.4L（標準狀況）．
（3）為了獲得氫氣，除了充分利用太陽能外，工業(yè)上利用石油產(chǎn)品與水在催化劑作用下制取氫氣．寫出C₃H₈和H₂O反應生成H₂和CO的化學方程式C₃H₈+3H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$3CO+7H₂．
（4）若將此燃料電池改為直接以甲烷和氧氣為原料進行工作時，正極反應為2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，負極反應為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)原電池工作原理判斷電子的流向；
（2）根據(jù)反應的反應類型書寫電極反應式，結(jié)合電子守恒進行計算；
（3）根據(jù)反應物、生成物、反應條件寫出反應方程式；
（4）先根據(jù)反應類型確定負極上發(fā)生反應的物質(zhì)，然后寫出相應的電極反應式．

解答 解：（1）根據(jù)原電池工作原理，負極上失電子，電子從負極沿外電路流向正極，所以通過負載的電子流動方向是向右．
故答案為：向右；
（2）正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，發(fā)生還原反應，所以電極反應式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；負極上失電子和氫氧根離子反應生成水，所以電極反應式為2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；反應中若轉(zhuǎn)移2mol電子，消耗H₂的物質(zhì)的量是1mol，體積是22.4L．
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；22.4；
（3）該反應中反應物是丙烷和H₂O，產(chǎn)物是H₂和CO，反應條件是高溫、催化劑，所以方程式為
C₃H₈+3H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$3CO+7H₂．故答案為：C₃H₈+3H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$3CO+7H₂；
（4）負極上是燃料失電子，正極上是氧氣得電子，所以負極上甲烷反應生成二氧化碳，二氧化碳是酸性氧化物，能和電解質(zhì)溶液KOH反應生成鹽和水，所以負極上的電極反應式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；．
故答案為：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-；CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

點評 本題考查了燃料電池電極反應式及電池反應方程式的書寫，燃料在負極上失電子發(fā)生氧化反應，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應，書寫電極反應式時要結(jié)合電解質(zhì)溶液確定生成的離子．