Question

美国化学家设计出以甲烷等碳氢化合物为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统电池。燃料电池使用气体燃料和氧气直接反应产生电能，其效率高、污染低，是一种很有前途的能源利用方式。

（1）用KOH溶液做电解质，甲烷燃料电池的总反应方程式为______________；

（2）a是电池的____极，电极反应式为____________；

（3）标准状况时，通入甲烷1.12L，理论上通过导线的电子的数目为_______。

Answer

（10分）（1）CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O(3分)；

（2）负（1分），CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O（3分）；

（3）2.408×1023（3分）

【解析】

试题分析：（1）用KOH溶液做电解质，在甲烷燃料电池中，通入甲烷的电极为负极，负极发生氧化反应，电极反应式是：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；通入氧气的电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式是：O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应方程式为CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O。（2）a电极是通入燃料甲烷的电极，是电池的负极，电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；（3）标准状况时，通入甲烷1.12L，其物质的量是n(CH4)=1.12L÷22.4L/mol=0.05mol，根据负极电极反应式可知，每有1mol甲烷发生反应，转移电子的物质的量是8mol，现在反应的甲烷的物质的量是0.05mol,则转移电子的物质的量是0.05mol×8=0.4mol,则理论上通过导线的电子的数目为N(e-)=0.4mol×6.02×1023/mol=2.408×1023。

【考点定位】考查燃料电池的反应原理及电子转移的有关知识。

【名师点睛】燃料电池是一类原电池，是将化学能转化为电能，比燃料直接燃烧能量转化率高。在通入燃料的电极是负极，发生氧化反应，通入氧气(或空气) 的电极为正极，正极发生还原反应。电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系。如甲烷燃料电池，在碱性环境中，若用KOH溶液做电解质溶液，负极反应式是CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，正极电极反应式是O2+4e-+2H2O=4OH-，总反应方程式为CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O。若在酸性环境中，如用H2SO4溶液未电解质溶液，负极反应式是CH4-8e-+2H2O =CO2+8H+，正极电极反应式是：O2+4e-+4H+=2H2O，总反应方程式是：CH4+2O2=CO2+2H2O。无论电解质溶液是酸性还是碱性，每有1mol甲烷发生反应，转移电子的物质的量都是8mol,在整个闭合回路中电子转移的物质的量相等。