Question

Ⅰ、寫出甲烷燃料電池在酸性溶液中的電極反應和總電池反應：
正極：

2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O

負極：

CH₄+2H₄O-8e^-=CO₂+8H⁺

總反應：

CH₄+2O₄=CO₂+2H₂O

Ⅱ、如圖所示，A、F為石墨電極，B、E為鐵片電極．
按要求回答下列問題．
（1）打開K₂，合并K₁．
①B為

負

極，A極的電極反應為：

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

②最終可觀察到的現象是：

溶液中有紅褐色沉淀生成

③涉及的兩個主要的化學反應的化學方程式為：

2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃

（2）打開K₁，合并K₂．
①E為

陰

極，F極的電極反應為：

2Cl^--2e^-=Cl₂↑

②檢驗F極產生氣體的方法是：

用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍，證明是氯氣

（3）若往U型管中滴加酚酞，進行（1）（2）操作時，A、B、E、F電極周圍能變紅的是

A、E

，原因是：（在下表中填寫，可不填滿）

周圍變紅的電極代號（填字母）	原因
A	O2+2H2O+4e-=4OH-，產生OH-
E	2H++2e-=H2↑ H+反應，促進了水的電離，溶液中c（OH-）＞c（H+）
無	無
無	無

Answer 1

分析：Ⅰ、燃料電池中負極上燃料失電子和水反應生成二氧化碳和氫離子，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，據此寫出正負極上電極反應式和電池反應式．
Ⅱ、（1）打開K₂，合并K₁，該裝置是原電池，較活潑的金屬鐵作負極，石墨作正極，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，鐵發生吸氧腐蝕；負極上鐵失電子生成亞鐵離子，正極上生成氫氧根離子，亞鐵離子和氫氧根離子 反應生成氫氧化亞鐵沉淀，氫氧化亞鐵易被氧化生成氫氧化鐵，據此判斷實驗現象并寫出反應方程式．
（2）該裝置是電解池，F是陽極，E是陰極，陽極上氯離子放電，陰極上氯離子放電，寫出相應的電極反應式；檢驗氯氣用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍就是氯氣，否則不是．
（3）若往U型管中滴加酚酞，進行（1）（2）操作時，電極周圍能變紅說明產生氫氧根離子，據此分析．

解答：解：Ⅰ、該燃料電池中，正極上投放的是氧化劑，原電池放電時正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，電極反應式為2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O；
負極上投放的是燃料，甲烷失電子和水反應生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為CH₄+2H₄O-8e^-=CO₂+8H⁺；
所以電池反應式為：CH₄+2O₄=CO₂+2H₂O．
故答案為：正極：2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O；負極：CH₄+2H₄O-8e^-=CO₂+8H⁺；總反應：CH₄+2O₄=CO₂+2H₂O．
Ⅱ、（1）①該裝置是原電池，較活潑的金屬鐵作負極，石墨作正極，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案為：負；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②該原電池放電時，負極上鐵失電子生成亞鐵離子，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，亞鐵離子和氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被氧化生成氫氧化鐵，所以溶液中有紅褐色沉淀生成．
故答案為：溶液中有紅褐色沉淀生成．
③發生的反應方程式為：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
故答案為：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（2）①該裝置是電解池，E是陰極，F是陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
故答案為：陰； 2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
②陽極上生成氯氣，檢驗氯氣用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，如果用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍，證明是氯氣．
故答案為：用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍，證明是氯氣．
（3）若往U型管中滴加酚酞，進行（1）操作時，該裝置是原電池，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，導致A附近溶液呈堿性，所以酚酞試液變紅．
若往U型管中滴加酚酞，進行（2）操作時，陰極上氫離子放電導致溶液中氫氧根濃度大于氫離子濃度而使溶液呈堿性，加入酚酞試液會變紅．
故答案為：A、E

周圍變紅的電極代號（填字母）	原因
A	O2+2H2O+4e-=4OH-，產生OH-
E	2H++2e-=H2↑ H+反應，促進了水的電離，溶液中c（OH-）＞c（H+）

點評：本題考查了原電池原理和電解池原理，明確原電池和電解池電極上發生反應的類型即可分析解答本題，難度不大，注意電極反應式的書寫與電解質溶液的酸堿性有關．