Question

【題目】氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(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_______，在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)?/span>____(用a、b表示)。

(2)負(fù)極反應(yīng)式為_________________________。

(3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)?/span>______________________。

(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＋H22LiH

II．LiH＋H2O =LiOH＋H2↑

①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是___，反應(yīng)II中的氧化劑 是_____。

②已知LiH固體密度為0.82 g/cm3。用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為________。

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)線中通過電子的物質(zhì)的量為_________mol。

Answer 1

【答案】由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/span> 由a到b 2H2＋4OH－－4e－ = 4H2O 或H2＋2OH－－2e－ = 2H2O 增大電極單位面積吸附H2、O2分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率，同時(shí)也增大了Pt的利用率以降低成本 Li H2O 1/1148或8.71×10－4 32

【解析】

（1）原電池的能量轉(zhuǎn)化形式主要是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；

（2）負(fù)極發(fā)生的是氧化反應(yīng)，對(duì)應(yīng)通氫氣的一極，注意所給介質(zhì)為堿性；

（3）在氫氧燃料電池中，多孔的鉑片可以直接作電極。本題中在電極表面鍍上一層細(xì)小的鉑粉，從題干強(qiáng)調(diào)的“細(xì)”、“粉”，“吸附氣體的能力強(qiáng)”進(jìn)行分析表述。

（4）通過價(jià)態(tài)變化進(jìn)行氧化劑和還原劑的判斷。通過所給的化學(xué)方程式進(jìn)行求算。

（1）氫氧燃料電池作為原電池，其能量轉(zhuǎn)化主要形式是化學(xué)能變?yōu)殡娔埽煌ㄈ?/span>H2的a電極為負(fù)極，通入O2的b電極為正極，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，所以導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)橛?/span>a到b；

（2）所給介質(zhì)為強(qiáng)堿性介質(zhì)，所以負(fù)極的電極反應(yīng)式為: H2＋2OH－－2e－= 2H2O，如考慮與正極電極反應(yīng)式從形式上即可看出得失電子數(shù)相等，該電極反應(yīng)式也可以寫成：2H2＋4OH－－4e－=4H2O；

（3）電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)椋哄兩香K粉，可以增大該電極單位面積吸附H2、O2分子數(shù)，從而加快電極反應(yīng)的速率。與直接使用多孔鉑電極相比，降低了成本而提高了貴金屬Pt的利用率；

（4）①從價(jià)態(tài)變化可以明顯看出，反應(yīng)Ⅰ中Li的化合價(jià)由0價(jià)升至+1價(jià)，還原劑是Li，反應(yīng)II，LiH中H的化合價(jià)為-1價(jià)，水中H的化合價(jià)為+1價(jià)，產(chǎn)物H2既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物，氧化劑是H2O；

②標(biāo)準(zhǔn)狀況下224 LH2的物質(zhì)的量為10mol，用鋰吸收生成的LiH的物質(zhì)的量為20mol，其質(zhì)量為20mol×8g/mol=160g，又知LiH的密度為0.82g/cm3，所以生成的LiH的體積為：=195.12cm3，所以生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為：= (或8.71×10－4)；

③由②生成的LiH為20mol，與H2O作用，放出的H2為20mol；這些氫氣用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80％，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為：20mol×2×80%=32mol。