20.氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置.如圖為電池示意圖,該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉,吸附氣體的能力強(qiáng),性質(zhì)穩(wěn)定.請(qǐng)回答:
(1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽趯?dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)閍到b(用a、b表示).
(2)負(fù)極反應(yīng)式為2H2+4OH--4e-═4H2O.
(3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)樵龃箅姌O單位面積吸附H2、O2的分子數(shù),加快電極反應(yīng)速率.
(4)該電池工作時(shí),H2和O2連續(xù)由外部供給,電池可連續(xù)不斷提供電能.因此,大量安全儲(chǔ)氫是關(guān)鍵技術(shù)之一.金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料,吸氫和放氫原理如下:
I.2Li+H2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH
Ⅱ.LiH+H2O═LiOH+H2
①反應(yīng)I中的還原劑是Li.反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是H2O.
②已知LiH固體密度為0.82g/cm3.用鎂吸收224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2,生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為8.82×10-4
③由②生成的LiH與H2O作用放出的H2用作電池燃料,若能量轉(zhuǎn)化率為80%,則導(dǎo)線中通過(guò)電子的物質(zhì)的量為32mol.

分析 (1)氫氧燃料電池為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,通入氫氣的一極為原電池的負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),通入氧氣的一極為原電池的正極,發(fā)生還原反應(yīng),電子由外電路流向正極;
(2)堿性溶液中負(fù)極反應(yīng)為2H2-4e-+4OH-=4H2O,正極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O=4OH-,電池總反應(yīng)都為2H2+O2=2H2O;
(3)固體的表面積越大,反應(yīng)速率越大;
(4)①?gòu)幕蟽r(jià)的變化的角度分析;
②根據(jù)反應(yīng)的電極方程式計(jì)算;
③根據(jù)實(shí)際參加反應(yīng)的氫氣以及電極反應(yīng)式計(jì)算.

解答 解:(1)該裝置是把化學(xué)物質(zhì)中的能力轉(zhuǎn)化為電能,所以是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔;在原電池中,?fù)極上失電子,正極上得電子,電子的流向是從負(fù)極流向正極,所以是 由a到b,
故答案為:化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔;a到b;
(2)堿性環(huán)境中,該反應(yīng)中負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子,電極反應(yīng)式為H2+2OH--2e-═2H2O,故答案為:2H2+4OH--4e-═4H2O;
(3)電極表面鍍鉑粉,增大了電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù),使反應(yīng)物的濃度增大,反應(yīng)速率加快,
故答案為:增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù),加快電極反應(yīng)速率;
(4)①Li從零價(jià)升至+1價(jià),作還原劑,H2O的H從+1降至H2中的零價(jià),作氧化劑,故答案為:Li;H2O;
②由反應(yīng)I,當(dāng)吸收10molH2時(shí),則生成20molLiH,V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{20mol×8g/mol}{0.82×10{\;}^{3}g/L}$=197.5×10-3L.$\frac{V(LiH)}{V(H{\;}_{2})}$=$\frac{197.5×10-3L}{224L}$=8.82×10-4,
故答案為:8.82×10-4;
③20mol LiH可生成20mol H2,實(shí)際參加反應(yīng)的H2為20mol×80%=16mol,1molH2轉(zhuǎn)化成1molH2O,轉(zhuǎn)移2mol電子,所以16molH2可轉(zhuǎn)移32mol的電子,
故答案為:32.

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)電源的工作原理及有關(guān)計(jì)算,題目難度較大,注意原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)以及從電子守恒的角度計(jì)算.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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(1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反應(yīng)室(容積為100L)中,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):
CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)(Ⅰ)
達(dá)平衡時(shí),CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示.
①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min,則用H2表示的平均反應(yīng)速率為0.0030mol•L-1•min-1
②該反應(yīng)的△H>0,△S>0(填“<”、“>”或“=”).
(2)在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下,a mol CO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇:
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0 (Ⅱ)
若容器的容積不變,下列措施可增大甲醇產(chǎn)率的是BD(填序號(hào)).
A.升高溫度
B.將CH3OH(g)從體系中分離出來(lái)
C.恒容下充入He,使體系的總壓強(qiáng)增大
D.再充入a mol CO和3a mol H2

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15.如圖是一種正在投入生產(chǎn)的大型蓄電系統(tǒng)的原理圖.電池中的左右兩側(cè)為電極,中間為離子選擇性膜,在電池放電和充電時(shí)該膜只允許鈉離子通過(guò).電池充、放電反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2Na2S2+NaBr3$?_{充電}^{放電}$Na2S4+3NaBr,下列關(guān)于此電池說(shuō)法正確的是( 。
A.充電過(guò)程中,當(dāng)0.1 mol Na+通過(guò)離子交換膜時(shí),導(dǎo)線通過(guò)0.1 mol電子
B.電池放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為:3NaBr一2e-═NaBr3+2Na+
C.充電過(guò)程中鈉離子從右到左通過(guò)離子交換膜
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(  )
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