Question

【題目】燃料電池具有能量利用率高、可連續(xù)使用和污染輕等優(yōu)點，己成為一種發(fā)展前景十分廣闊的化學(xué)電源。氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，它可以使用不同的電解質(zhì)，如酸式、堿式、熔融碳酸鹽、固體電解質(zhì)等�；卮鹨韵聠栴}：

(1)通入氧氣的一極為___________極，若電解質(zhì)溶液為硫酸溶液，負(fù)極反應(yīng)式為________________，若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，正極反應(yīng)式為__________________ 。

(2)若將氫氣改為CH4，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，此時負(fù)極反應(yīng)式為：_________________，—段時間后，電解質(zhì)溶液的pH將_________________(填“升高”、“降低”或“不變”）。

(3)肼(N2H4)-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液。己知N2H4燃燒產(chǎn)物之一為空氣中含量最高的一種氣體。

①胼-空氣燃料電池放電時：負(fù)極的電極反應(yīng)式為：_____________________。

②假設(shè)使用肼-空氣燃料電池作為下圖電解過程的電源，當(dāng)陰極增重1.28 g，則肼-空氣燃料電池理論上消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣____________L。（假設(shè)空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)為20%)

Answer 1

【答案】 正 H2-2e-=2H+ O2+4e-+2H2O=4OH- CH4+100H+-8e-=CO32-+7H2O- 降低 N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑ 1.12

【解析】（1）燃料電池中通入氧化劑的一極為正極，故氫氧燃料電池中通入氧氣的一極為正極；H2失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，若電解質(zhì)溶液為硫酸溶液，則負(fù)極反應(yīng)為H2-2e-=2H+；O2得電子發(fā)生還原反應(yīng)，若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，正極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-。

（2）若將氫氣改為CH4，CH4中則-4價C元素被氧化為+4價，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，OH-參與負(fù)極反應(yīng)，此時負(fù)極反應(yīng)式為：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；總反應(yīng)為：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，反應(yīng)消耗OH-，—段時間后，電解質(zhì)溶液的pH將降低。

（3）①肼(N2H4)-空氣堿性燃料電池，總反應(yīng)為：N2H4+O2=N2+H2O，負(fù)極上N2H4失電子，氫氧根離子參與反應(yīng)，生成水和氮氣，電極反應(yīng)式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑。②電池放電時正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH-，以該燃料電池做電源，銅作陽極電解硫酸銅溶液時，陰極反應(yīng)Cu-2e-=Cu2+，當(dāng)陰極增重1.28 g時，生成0.02molCu，轉(zhuǎn)移0.04mol電子，根據(jù)電子守恒，有0.01mol氧氣反應(yīng)，則需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積=0.01mol×22.4Lmol-1÷20%=1.12L。