Question

燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染轻等优点,已成为一种发展前景十分广阔的化学电源。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,它可以使用不同的电解质,如酸式、碱式、熔融碳酸盐、固体电解质等。回答以下问题。

(1)通人氧气的一极为___________极,若电解质溶液为硫酸溶液,负极反应式为____________,若电解质溶液为KOH溶液,正极反应式为____________。

(2)若将氢气改为CH₄,电解质溶液为KOH溶液,此时负极反应式为__________,一段时间后,电解质溶液的OH^-的浓度将____________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)肼(N₂H₄)-空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%〜30%的KOH溶液。已知N₂H₄燃烧产物之一为空气中含量最高的一种气体。肼-空气燃料电池放电时负极的电极反应式为___________________.

Answer

正 H2-2e-=2H+ O2+4e-+2H2O=4OH- CH4+10OH--8e-=+7H2O 减少 N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2

【解析】

燃料电池中，通入氧气的一极，得电子，化合价降低，做电池的正极；电池的负极，根据电解质溶液的不同，产物则不同。

(1)燃料电池中通入氧气的一极，氧气作氧化剂，则通入氧化剂的一极为正极，故氢氧燃料电池中通入氧气的一极为正极；H2失电子发生氧化反应，若电解质溶液为硫酸溶液，则负极反应式为H2-2e-=2H+；O2得电子发生还原反应，若电解质溶液为KOH溶液，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。

(2)若将氢气改为CH4，CH4中-4价C元素被氧化为+4价，电解质溶液为KOH溶液，负极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；总反应式为CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O，反应消耗OH-，一段时间后溶液c(OH-)减小。

(3)肼(N2H4)-空气碱性燃料电池，总反应式为N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2，负极上N2H4失电子，氢氧根离子参与反应，生成水和氮气，负极反应式为N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2。