Question

14．2010年10月上海世博會臨近結(jié)束的時刻，燃料電池車成為世博會上冉冉升起的新星．燃料電池是一種新型電池，它主要是利用燃料在氧化過程中把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能．氫氧燃料電池的突出優(yōu)點是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，而不�?jīng)過熱能這一中間形式，它已用于宇宙飛船及潛艇中．
（1）阿波羅宇宙飛船上使用的是氫氧燃料電池，其電池反應(yīng)為2H₂+O₂═2H₂O，電解液為KOH溶液，反應(yīng)保持在較高溫度使H₂O蒸發(fā)．下列敘述正確的是D．
A．此電池能發(fā)出藍(lán)色火焰        
B．H₂為正極，O₂為負(fù)極
C．工作時，電解液的pH不斷減小
D．負(fù)極的電極反應(yīng)為2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O，
正極的電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
（2）在宇宙飛船或潛艇中，還可利用氫氧燃料電池所產(chǎn)生的水作為飲用水，今欲得
常溫下1L水，則電池內(nèi)電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量約為1.1×10² mol．
（3）由美國西屋公司研制開發(fā)的固體氧化物燃料電池，以固體氧化鋁-氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子（O^2-）在其間通過，該電池的工作原理如圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)．
該電池a極對應(yīng)的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-═2O^2-，電池總反應(yīng)方程式為2H₂+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂O．

Answer 1

分析 （1）該燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，負(fù)極上電極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O、正極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電池反應(yīng)式為2H₂+O₂=2H₂O，結(jié)合溶液中KOH是否濃度變化分析解答；
（2）根據(jù)電池反應(yīng)式中水和轉(zhuǎn)移電子的關(guān)系計算；
（3）該電池屬于固體燃料電池，以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì)，電池工作時，正極上氧氣得電子生成氧離子；負(fù)極為氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成水．

解答 解：（1）A．該電池中燃料不燃燒，是直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，所以不能發(fā)出藍(lán)色火焰，故A錯誤；
B．放電時反應(yīng)過程中生成水，但反應(yīng)保持在較高溫度，使H₂O蒸發(fā)，所以KOH濃度不變，則溶液的pH不變，故B錯誤；
C．通入氫氣的電極為負(fù)極，通入氧氣的電極為正極，故C錯誤；
D．負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，所以負(fù)極：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O，正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故D正確；
故答案為：D；
（2）1L水的質(zhì)量為1000g，水的物質(zhì)的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{1000g}{18g/mol}$=$\frac{500}{9}$mol，
負(fù)極：2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O ①
正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-②
①+②得：2H₂+O₂=2H₂O～～～～轉(zhuǎn)移電子
               2mol           4mol
              $\frac{500}{9}$mol        1.1×10² mol
故答案為：1.1×10² mol；
（3）該電池屬于固體燃料電池，以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì)，電池工作時，正極上氧氣得電子生成氧離子，則正極的反應(yīng)式為O₂+4e^-═2O^2-；負(fù)極為氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成水，則負(fù)極電極方程式為：2H₂-4e^-+2O^2-═2H₂O，正負(fù)極反應(yīng)式相加可得總反應(yīng)為：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂O；
故答案為：O₂+4e^-═2O^2-；2H₂+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂O．

點評 本題考查燃料電池，明確正負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)以及電極方程式的書寫方法是解本題關(guān)鍵，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計算能力，注意把握電子守恒在計算中的應(yīng)用，題目難度中等．