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Laquelle des équations suivantes montre la réaction à la cathode d'une pile à combustible à hydrogène dans des conditions alcalines ? (A) Deux H2 gazeux forment quatre H+ aqueux plus quatre e−. (B) O2 gazeux plus quatre H+ aqueux plus quatre e- forment deux H2O gazeux. (C) Deux H2 gazeux plus quatre OH- aqueux forment quatre H2O gazeux plus quatre e-. (D) O2 gazeux plus deux H2O gazeux plus quatre e- forment quatre OH- aqueux.
Notre question porte sur la pile à combustible à hydrogène. Pour mieux comprendre la série de réactions qui se produisent dans une pile à combustible à hydrogène, il est utile de comprendre la structure de la pile et la façon dont les électrons circulent. Dans notre pile à combustible à hydrogène, l’anode et la cathode sont des récipients creux recouverts d’un carbone poreux.
La solution électrolytique peut être une solution aqueuse alcaline d’hydroxyde de potassium ou une solution acide d’acide sulfurique. Comme nous pouvons le voir, l'hydrogène et l'oxygène entrants sont tous deux capables de passer à travers les anodes et les cathodes poreuses, respectivement, et de réagir avec l'électrolyte pour former des électrons. Ces réactions sont ce qui donne aux cellules galvaniques leur puissance. Les cellules galvaniques reposent sur des réactions d'oxydoréduction et sur le flux d'électrons qu'elles produisent pour alimenter les appareils. Les électrons vont quitter l’anode, passer à travers le circuit et arriver à la cathode.
Dans le cas de notre pile à combustible à hydrogène, l’hydrogène gazeux est oxydé et l’oxygène gazeux est réduit. À l’anode, avec une solution d’hydroxyde de potassium, KOH, de l’hydrogène gazeux alimente le système. Il perd des électrons formant des ions hydrogène qui réagissent avec les ions hydroxyde dans l’électrolyte. Cela, à son tour, forme des molécules d’eau. À la cathode, l’oxygène gazeux est réduit par l’eau et les électrons produits par la réaction précédente pour former des ions hydroxyde. La combinaison des deux demi-équations peut être représentée comme suit : deux H2 gazeux plus O2 gazeux forment deux H2O gazeux.
Notre question porte sur la réaction qui se produit à la cathode d’une pile à combustible à hydrogène. Comme nous pouvons le voir, la réaction à la cathode peut être mieux représentée par O2 gazeux plus deux H2O gazeux plus quatre e- forment quatre OH- aqueux. Et par conséquent, le choix de réponse (D) est correct.
