Question

燃料電池是利用燃料（如CO、H₂、CH₄等）與氧氣反應，將反應產生的化學能轉變為電能的裝置，通常用氫氧化鉀作為電解質溶液。
（1）完成下列關于甲烷（CH₄）燃料電池的填空：
①甲烷與氧氣反應的化學方程式為：                          
②已知燃料電池的總反應式為CH₄+2O₂+2KOH==K₂CO₃+3H₂O，電池中有一極的電極反應為CH₄+10OH^--8e^-="=" CO₃^2-+7H₂O，這個電極是燃料電池的     （填“正極”或“負極”），另一個電極上的電極反應式為：             
③隨著電池不斷放電，電解質溶液的堿性         （填“增大”、“減小”或“不變”）
④通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率        （填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃燒的能量利用率。
（2）據報道，最近摩托羅拉（MOTOROLA）公司研發了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質溶液的新型手機電池，電量是現用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續使用1個月充電一次。假定放電過程中，甲醇完全氧化產生的CO₂被充分吸收生成CO₃^2－。
①該電池反應的總離子方程式為____________________________
②甲醇在____極發生反應（填正或負），電池在放電過程中溶液的pH將____（填降低或上升、不變）。

Answer 1

（11分）（1）①CH₄+O₂CO₂+2H₂O （2分） ；  
②負極 （1分）；   2O₂+4H₂O+8e^-==8OH^- （2分）
③減小 （1分） ； ④大于（1分）
（2）①2CH₃OH+3O₂+4OH^－=2CO₃^2－+6H₂O （2分）； 
②負 （1分）； 下降（1分）

試題分析：（1）①甲烷與氧氣反應生成二氧化鈦和水，故方程式為CH₄+O₂CO₂+2H₂O。
②CH₄失去電子，發生氧化反應，是負極，O₂是正極，得到電子，發生還原反應，電極反應式為2O₂+4H₂O+8e^-==8OH^-。
③根據反應式可知，KOH發生反應，故電解質溶液的堿性減小。
④甲烷燃燒會浪費大量的能量，故甲烷燃料電池的能量利用率大于甲烷燃燒的能量利用率。
（2）①根據題中給出的反應物和生成物，該電池反應的總離子方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^－=2CO₃^2－+6H₂O。
②甲醇失去電子，化學價升高，發生氧化反應，故甲醇在負極發生反應。強堿參與了反應，故電池在放電過程中溶液的pH將降低。
點評：本題考查的是燃料電池和新型電源的相關知識，題目難度大，熟悉原電池的工作原理是解題的關鍵，注意基礎知識的學習、掌握及應用。