Question

如图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。请回答下列问题：

(1)当电极 a 为 Al，电极 b 为 Cu，电解质溶液为浓硝酸时，该电池的 负极为_________(填“Al”或“Cu”)，正极的电极反应式为___________。

(2)当电极 a 为 Al，电极 b 为 Mg，电解质溶液为氢氧化钠溶液时，该 电池负极的电极反应式为_____，当反应中收集到标准状况下 224 mL 气体时，消耗的电极质量为_____g。

(3)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如 O₂)反应所产生的能量直接转化为电能。现设计一种燃料电池，以对气体吸附能力很强的 Pt 作为两个电极，甲烷为燃料，采用氢氧化钠溶液 为电解质溶液，则通甲烷的电极为_____极(填“正”或“负”)，该电池正极的电极反应式 为_____，该电池工作一段时间后，溶液中OH^-的浓度将_____(填“增 大”、“减小”或“不变”)。

Answer

Cu 2H++NO3-+e-=NO2+H2O Al+4OH-—3e-=AlO2-+2H2O 0.18 负 O2+2H2O+4e-=4OH- 减小

【解析】

（1）Al、Cu、浓硝酸构成的原电池，Al在浓硝酸中钝化，Cu能和浓硝酸反应，Cu被氧化，作负极，硝酸根得电子被还原为二氧化氮；

（2）Al、Mg、NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极，Mg为正极，负极上Al失去电子，正极上水中的氢离子得到电子；

（3）燃料电池中，燃料通入负极失电子发生氧化反应，正极通入氧气，发生还原反应。

（1）Al、Cu、浓硝酸构成的原电池，Al在浓硝酸中钝化，Cu能和浓硝酸反应，Cu被氧化，作负极，正极硝酸根离子得电子被还原为二氧化氮，电极反应式为2H++NO3-+e-═NO2↑+H2O；

（2）Al可与NaOH溶液发生氧化还原反应，离子反应为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，则Al为负极，Mg为正极，负极上Al失去电子，电极反应为Al+4OH--3e-═AlO2-+2H2O；当反应中收集到标准状况下224 mL即0.01mol气体时，消耗铝的质量为m

m=0.18g；

（3）燃料电池中，通入燃料的电极是负极，则通甲烷的电极为负极；正极通入氧气，发生还原反应，正极反应式是O2+2H2O+4e-=4OH-；电池总反应为CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，反应消耗氢氧化钠，所以该电池工作一段时间后，溶液中 OH-的浓度将减小。