Question

被譽為改變未來世界的十大新科技之一的燃料電池具有無污染、無噪音、高效率的特點．右圖為氫氧燃料電池的結構示意圖，電解質溶液為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生電流．試回答下列問題：
（1）圖中通過負載的電子流動方向

向右

（填“向左”或“向右）
（2）寫出氫氧燃料電池工作時電極反應方程式和總反應方程式正極：

2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-

負極：

2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O

總反應：

2H₂+O₂═2H₂O

（3）為了獲得氫氣，除了充分利用太陽能外，工業上利用石油產品與水在高溫、催化劑作用下制取氫氣．寫出丙烷和H₂O反應生成H₂和CO的化學方程式：

C₃H₈+3H₂O

催化劑  .

高溫

3CO+7H₂

（4）若將此燃料電池改進為直接以甲烷和氧氣為原料進行工作時，負極反應式為

CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O

，電池總離子反應方程式為

CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O

．

Answer 1

分析：（1）根據原電池工作原理判斷電子的流向；
（2）根據反應的反應類型書寫電極反應式，正負極上電極反應式相加得總反應方程式；
（3）根據反應物、生成物、反應條件寫出反應方程式；
（4）先根據反應類型確定負極上發生反應的物質，然后寫出相應的電極反應式．

解答：解：（1）根據原電池工作原理，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；兩極上的電極反應式相加得總反應方程式，所以總反應方程式為2H₂+O₂═2H₂O．
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；2H₂+O₂═2H₂O；
（3）該反應中反應物是丙烷和H₂O，產物是H₂和CO，反應條件是高溫、催化劑，所以方程式為
C₃H₈+3H₂O

催化劑  .

高溫

3CO+7H₂．故答案為：C₃H₈+3H₂O

催化劑  .

高溫

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，能和電解質溶液KOH反應生成鹽和水，所以正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；正負極上的電極反應式相加得總反應方程式，所以總反應方程式為CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．

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生氧化反應，氧化劑在正極上得電子發生還原反應，書寫電極反應式時要結合電解質溶液確定生成的離子．