碱性甲烷燃料电池

实验目的

掌握碱性甲烷燃料电池的工作原理,会书写电极反应式和总反应式。

实验原理

甲烷在负极失电子,氧气在正极得电子。负极:CH₄ + 10OH- - 8e- = CO₃^2- + 7H₂O;正极:2O₂ + 4H₂O + 8e- = 8OH-;总反应:CH₄ + 2O₂ + 2KOH = K₂CO₃ + 3H₂O。

实验器材

• 通入甲烷的负极(惰性多孔电极)
• 通入氧气的正极(惰性多孔电极)
• KOH溶液(电解质)
• 导线与用电器

实验步骤

1. 观察装置,识别通入CH₄的一极和通入O₂的一极。
2. 判断正负极:CH₄一极为负极,O₂一极为正极。
3. 观察外电路中电子由负极流向正极。
4. 观察电解质溶液中OH-向负极移动。
5. 写出两极反应式并相加得到总反应式。

实验现象与结论

外电路中电子由负极经导线流向正极,电解质溶液中OH-向负极迁移。反应消耗KOH生成K₂CO₃,溶液碱性减弱,pH 减小。结论:燃料电池把化学能直接转化为电能,产物为碳酸盐和水。

注意事项

• 甲烷易燃,与空气混合遇明火可能爆炸,实际操作须远离火源。

常见问题

碱性甲烷燃料电池负极为什么生成碳酸根而不是CO2?

电解质是碱性溶液,生成的CO₂会与OH-反应,最终以CO₃^2-形式存在。

反应过程中溶液pH如何变化?

总反应消耗KOH并生成水,OH-浓度降低,溶液pH减小。