Question

氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置．下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質穩(wěn)定，請回答：

（1）氫氧燃料電池的能量轉化主要形式是 ，在導線中電子流動方向為  （用a、b 表示）．

（2）負極反應式為   ．

（3）電極表面鍍鉑粉的原因為增   

（4）該電池工作時，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，大量安全儲氫是關鍵技術之一．金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：Ⅰ.2Li+H₂2LiHⅡ．LiH+H₂O═LiOH+H₂↑

①反應Ⅰ中的還原劑是Li，反應Ⅱ中的氧化劑是H₂O．

②用鋰吸收224L（標準狀況）H₂，再由生成的LiH與H₂O作用放出的H₂用作電池燃料，若能量轉化率為80%，則導線中通過電子的物質的量為  ．

③若改用熔融碳酸鹽為電解質，CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料做電極．已知負極的電極反應是CH₄+4CO₃^2﹣﹣8e^﹣=5CO₂+2H₂O．則正極的電極反應是   ．為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質組成應保持穩(wěn)定，此電池工作時必須有部分A物質參加循環(huán)，則A物質的化學式是   ．

Answer 1

考點：  常見化學電源的種類及其工作原理．

專題：  電化學專題．

分析：  （1）氫氧燃料電池屬于原電池；電子從負極沿導線流向正極；

（2）負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應；

（3）反應物的接觸面積越大，反應速率越快；

（4）①根據化合價的變化判斷；

②根據實際參加反應的氫氣以及電極反應式計算；

③燃料電池中，正極發(fā)生的反應一定是氧氣得電子的過程；電池是以熔融碳酸鹽為電解質，可以循環(huán)利用的物質只有二氧化碳．

解答：  解：（1）氫氧燃料電池屬于原電池，所以是將化學能轉化為電能的裝置，該電池中，通入氫氣的電極為負極、通入氧氣的電極為正極，負極上失電子發(fā)生氧化反應、正極上得電子發(fā)生還原反應，所以電子從a電極流向b電極，故答案為：化學能轉變?yōu)殡娔埽挥蒩到b；

（2）負極上氫氣失電子和氫氧根離子反應生成水，電極反應為H₂﹣2e^﹣+2OH^﹣=2H₂O，故答案為：H₂﹣2e^﹣+2OH^﹣=2H₂O；

（3）反應物的接觸面積越大，反應速率越快，電極表面鍍鉑粉，增大電極單位面積吸附H₂、O₂分子數(shù)，加快反應速率，故答案為：增大電極單位面積吸附H₂、O₂分子數(shù)，加快反應速率；

（4）①2Li+H₂2LiH，該反應中鋰失電子發(fā)生氧化反應，所以鋰是還原劑；LiH+H₂O=LiOH+H₂↑，該反應中H₂O得電子生成氫氣，發(fā)生還原反應，所以H₂O是氧化劑；

故答案為：Li； H₂O；

②由LiH與H₂O作用，放出的224L（標準狀況）H₂用作電池燃料，則H₂物質的量為10mol，生成的LiH是20mol，和水反應生成氫氣是20mol，而實際參加反應的H₂為20mol×80%=16mol，1molH₂轉化成1molH₂O，轉移2mol電子，所以16molH₂可轉移32mol的電子；

故答案為：32mol；

③燃料電池中，正極反應一定是氧氣的電子的過程，該電池的電解質環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以電極反應為：O₂+2CO₂+4e^﹣=2CO₃^2﹣ （或2O₂+4CO₂+8e^﹣=4CO₃^2﹣），電池是以熔融碳酸鹽為電解質，可以循環(huán)利用的物質只有二氧化碳，故答案為：O₂+2CO₂+4e^﹣=2CO₃^2﹣ （或2O₂+4CO₂+8e^﹣=4CO₃^2﹣）；CO₂．

點評：  本題考查了原電池工作原理，寫電極反應式要注意結合電解質溶液書寫，如果電解質溶液不同，雖然原料相同，電極反應式也不同，如氫氧燃料電池，當電解質為酸或堿，電極反應式就不同．