Question

燃料電池是當(dāng)前研究的一個熱點(diǎn)．回答下列有關(guān)問題：
（1）某甲醚燃料電池結(jié)構(gòu)如圖1，寫出該電池工作時負(fù)極的電極反應(yīng)式

 

．如圖2為熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理示意圖．該熔融碳酸鹽燃料電池工作過程中消耗的反應(yīng)物是

 

，正極的電極反應(yīng)可表示為

 

．

（2）氫氧燃料電池是一種用氫氣作為能源的電池．這種燃料電池的效率要比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的效率高很多，所以燃料電池汽車（FCV）會有很高的效率．Schlesinger等人提出可用NaBH₄與水反應(yīng)制氫氣：BH₄^-+2H₂O=BO₂^-+4H₂↑（反應(yīng)實(shí)質(zhì)為水電離出來的H⁺被還原）．該反應(yīng)的生成H₂的速率受外界條件影響．下表為pH和溫度對NaBH₄ 半衰期的影響（半衰期是指反應(yīng)過程中，某物質(zhì)的濃度降低到初始濃度一半時所需的時間）．

體系pH	不同溫度下NaBH4的半衰期（min）
	0℃	25℃	50℃	75℃
8	4.32×100	6.19×10-1	8.64×10-2	1.22×10-2
10	4.32×102	6.19×101	8.64×100	1.22×100
12	4.32×104	6.19×103	8.64×102	1.22×102
14	4.32×106	6.19×105	8.64×104	1.22×104

①已知，NaBH₄與水反應(yīng)后所得溶液顯堿性，用離子方程式表示出溶液顯堿性的原因

 

，所以則溶液中各離子濃度大小關(guān)系為

 

．
②從上表可知，溫度對NaBH₄與水反應(yīng)速率產(chǎn)生怎樣的影響？答：

 

．
③反應(yīng)體系的pH為何會對NaBH₄與水反應(yīng)的反應(yīng)速率產(chǎn)生影響？答：

 

．
④實(shí)驗(yàn)表明，將NaBH₄溶于足量水，釋放的H₂比理論產(chǎn)量少得多（即反應(yīng)一段時間后有NaBH₄剩余也不再反應(yīng)）．其可能原因是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)電源新型電池,影響鹽類水解程度的主要因素,鹽類水解的應(yīng)用

專題：

分析：（1）燃料電池的負(fù)極上是燃料失電子的氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)；
（2）①依據(jù)NaBH₄與水反應(yīng)制氫氣：BH₄^-+2H₂O=BO₂^-+4H₂↑，反應(yīng)生成的鹽溶液BO₂^-在溶液中水解顯堿性分析判斷溶液中離子濃度大��；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高體系半衰期縮短，反應(yīng)速率加快；
③分析圖表數(shù)據(jù)可知PH增大，半衰期增長，反應(yīng)速率減慢；
④隨反應(yīng)進(jìn)行，溶液的pH逐漸增大，反應(yīng)速率變�。�常溫時，當(dāng)體系pH＞12，半衰期為6.19×10³min分析反應(yīng)速率變慢判斷．

解答： （1）甲醚燃料電池的負(fù)極上是燃料失電子的氧化反應(yīng)，即CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，融碳酸鹽燃料電池中，CO、H₂、O₂在負(fù)極上失電子，正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，即O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；故答案為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；CO、H₂、O₂；O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（2）①NaBH₄與水反應(yīng)制氫氣：BH₄^-+2H₂O=BO₂^-+4H₂↑，反應(yīng)生成的鹽溶液BO₂^-在溶液中水解顯堿性，BO₂^-+2H₂O?H₃BO₃+OH^-，溶液中離子濃度大小為c（Na⁺）＞c（BO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：BO₂^-+2H₂O?H₃BO₃+OH^-；c（Na⁺）＞c（BO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
②圖表數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高體系半衰期縮短，反應(yīng)速率加快，故答案為：溫度越大，反應(yīng)速率越大；
③NaBH₄與水反應(yīng)制氫氣：BH₄^-+2H₂O=BO₂^-+4H₂↑，反應(yīng)實(shí)質(zhì)為水電離出來的H⁺被還原，圖表數(shù)據(jù)可知PH增大，半衰期增長，反應(yīng)速率減慢，體系堿性越強(qiáng)，水電離出來的H⁺濃度越低，因而反應(yīng)速率越慢，
故答案為：體系堿性越強(qiáng)，水電離出來的H⁺濃度越低，因而反應(yīng)速率越慢；
④隨反應(yīng)進(jìn)行，溶液的pH逐漸增大，反應(yīng)速率變�。�常溫時，當(dāng)體系pH＞12，半衰期為6． 19×10³min，反應(yīng)速率很小，反應(yīng)幾乎停止，
故答案為：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的pH逐漸增大，反應(yīng)速率變小．常溫時，當(dāng)體系pH＞12，半衰期為6.19×10³min（約為4.3天），反應(yīng)速率很小，反應(yīng)幾乎停止．

點(diǎn)評：本題考查了溶液堿性的原因和圖表數(shù)據(jù)分析總結(jié)規(guī)律和分析應(yīng)用判斷，題干信息的應(yīng)用和分析判斷是解題關(guān)鍵，題目難度中等．