Question

【題目】（1）熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重視。可用熔融的碳酸鹽作為電解質，向負極充入燃料氣CH4，用空氣與CO2的混合氣作為正極的助燃氣，以石墨為電極材料，制得燃料電池。工作過程中，CO移向________極(填“正”或“負”)，已知CH4發生反應的電極反應式為_____________________________，則另一極的電極反應式為___________________________ 。

（2）某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。

1)如圖為某實驗小組設計的原電池裝置，反應前，電極質量相等，一段時間后，兩電極質量相差12 g，導線中通過________mol電子。

2)如圖其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，如圖所示，

一段時間后，在甲裝置銅絲附近滴加酚酞試液，現象是________________，電極反應為________________________；乙裝置中石墨(1)為________極(填“正”“負”“陰”或“陽”)，乙裝置中與銅絲相連石墨(2)電極上發生的反應式為________________，產物常用________檢驗。

Answer 1

【答案】負 CH4＋4CO32-－8e－===5CO2＋2H2O 2O2+8e-+4CO2=4CO32- 0.2 溶液變紅 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 陰 2Cl－－2e－===Cl2↑ 濕潤的淀粉碘化鉀試紙

【解析】

(1)熔融碳酸鹽CH4燃料電池中，負極上CH4失去電子生成CO2，燃料電池中正極上氧氣得電子生成碳酸根離子，結合電子守恒、電荷守恒寫出電極反應式，原電池工作時陰離子向負極移動；

(2)①電池反應式為Fe+Cu2+=Cu+Fe2+，負極上質量減少、正極上質量增加，兩個電極質量差為Cu電極增加的質量加上Fe減少的質量；

②其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，甲為原電池、乙為電解池，甲中Fe作負極、Cu作正極，甲中Cu電極上發生反應O2+4e-+2H2O+═4OH-，導致溶液堿性增強，酚酞遇堿變紅色；乙裝置中石墨(1)為陰極，連接銅絲的石墨為陽極，陽極上氯離子失電子發生氧化反應。

(1)熔融碳酸鹽CH4燃料電池中，陰離子向負極移動，即甲裝置中CO32-向負極移動；燃料電池中負極上CH4失去電子生成CO2，電極反應式為：CH4+4CO32--8e-═5CO2+2H2O，正極上氧氣得電子生成碳酸根離子，電極反應式為：2O2+8e-+4CO2=4CO32-；

(2)①設計的原電池裝置的自發氧化還原反應是：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+，設電子轉移量是x，則64×0.5x+56×0.5x=12，解得x=0.2；

②其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，甲為原電池、乙為電解池，
甲中Fe作負極、Cu作正極，甲中Cu電極上發生反應O2+4e-+2H2O═4OH-，導致溶液堿性增強，酚酞遇堿變紅色，所以溶液變紅色；乙裝置中石墨(1)為陰極，連接銅絲的石墨(2)為陽極，陽極上氯離子失電子發生氧化反應，電極反應式為2Cl--2e-═Cl2↑，Cl2可用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗。