Question

20．燃料電池是將乙醇通入負(fù)極，O₂通入正極而發(fā)生電池反應(yīng)的，其能量轉(zhuǎn)換率高．
（1）若電解質(zhì)溶液為KOH，其正極反應(yīng)為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負(fù)極反應(yīng)為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）若電解質(zhì)溶液為硫酸，其正極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，負(fù)極反應(yīng)為H₂-2e^-=2H⁺；
（3）若用氫氧燃料電池電解由NaCl和CuSO₄組成的混合溶液，其中c（Na⁺）=3c（Cu²⁺）=0.3mol•L^-1，取該混合液100mL用石墨做電極進(jìn)行電解，通電一段時間后，在陰極收集到0.112L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體．此時燃料電池中消耗H₂的質(zhì)量是0.03g，O₂的質(zhì)量是0.24g．

Answer 1

分析 （1）若電解質(zhì)溶液為KOH溶液時，負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；
（2）酸性條件下，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子；
（3）用氫氧燃料電池電解NaCl和CuSO₄組成的混合溶液時，陰極上先銅離子放電，后氫離子放電，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算氫氧燃料電池外電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)，根據(jù)氫氣和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算氫氣、氧氣的質(zhì)量．

解答 解：（1）若電解質(zhì)溶液為KOH溶液時，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）酸性條件下，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子，電極反應(yīng)式為H₂-2e^-=2H⁺，
故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；H₂-2e^-=2H⁺；
（3）用氫氧燃料電池電解NaCl和CuSO₄組成的混合溶液時，陰極上先銅離子放電，后氫離子放電，c（Na⁺）=3c（Cu²⁺）=0.3mol•L^-1，即混合溶液中銅離子的濃度是0.1mol/L，100mL混合溶液中n（Cu²⁺）=0.1mol/L×0.1L=0.01mol，
析出0.01mol銅需要轉(zhuǎn)移0.02mol電子，陰極上生成氫氣需要轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{0.112}{22.4}$mol×2=0.01mol，所以電解時轉(zhuǎn)移的總電子物質(zhì)的量為0.03mol，串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，所以氫氧燃料電池外電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.03N_A，則消耗氫氣的質(zhì)量=0.015×2g/mol=0.03g，氧氣的質(zhì)量為0.03mol×$\frac{1}{4}$×32g/mol=0.24g；
故答案為：0.03g；0.24g．

點(diǎn)評 本題考查原電池原理及其相關(guān)計(jì)算，題目難度中等，注意氫氧燃料電池中，電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液不同則電極反應(yīng)式不同，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力．