Question

10．氫氧燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、無(wú)污染等特點(diǎn)，近年來(lái)逐漸運(yùn)用于航天、汽車等領(lǐng)域．其工作原理是：H₂和O₂反應(yīng)時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能．
【提出問(wèn)題】H₂一定要在O₂中燃燒才能產(chǎn)生電能嗎？
【實(shí)驗(yàn)步驟】重慶一中初三某化學(xué)興趣小組同學(xué)群策群力，據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)了如圖1所示裝置：
步驟1．向分液漏斗中注入一定濃度的硫酸溶液（或氫氧化鉀溶液）
步驟2．閉合K₁，斷開(kāi)K₂，一分鐘后觀察三頸瓶中的現(xiàn)象
步驟3．閉合K₂，斷開(kāi)K₁，記錄用電器工作時(shí)間
步驟4．將d處小風(fēng)扇依次更換為小燈泡，發(fā)光二極管，重復(fù)步驟2、3
【實(shí)驗(yàn)分析】
Ⅰ．步驟2，當(dāng)閉合K₁，斷開(kāi)K₂，一分鐘后，a，b處有大量氣泡產(chǎn)生…．
（1）三頸中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式為2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，
該實(shí)驗(yàn)可得到的結(jié)論有C（填序號(hào)）；
①水由氫氣和氧氣組成       ②水由氫氧原子構(gòu)成
③水由氫氧元素組成         ④水由氫氧兩個(gè)元素組成
（2）下列對(duì)分液漏斗中的現(xiàn)象及作用描述正確的是C；
①液面下降，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)        ②液面下降，控制反應(yīng)速率
③液面上升，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)        ④液面上升，控制反應(yīng)速率
（3）如圖2圖象不符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的是A（填序號(hào)）；
（4）要區(qū)分a、b處氣體，最好選用的方法是用燃著的木條，若用ρ（H₂）、ρ（O₂）分別表示H₂、O₂的密度，則反應(yīng)后生成物的分子中，H、O原子個(gè)數(shù)比的計(jì)算式為32ρ（H₂）：ρ（O₂）[用ρ（H₂）、ρ（O₂）來(lái)表示]．
Ⅱ．步驟3、4，閉合K₂，斷開(kāi)K₁，各用電器工作時(shí)間如下表：

溶液	各用電器工作時(shí)間/秒
	小風(fēng)扇	2.5V小燈泡	發(fā)光二極管
Xg/L H2SO4溶液	65	55	＞480
Yg/L KOH溶液	29	10	10

要比較電解H₂SO₄溶液、KOH溶液，哪種獲得的電能更多？電解H₂SO₄溶液，則X＞Y（填“＞”、“＜”或“=”）．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】通過(guò)分析知：氫氧燃料電池不一定（填“一定”、“不一定”或“一定不”）在點(diǎn)燃條件下才能放電．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）水在電解的過(guò)程中分解產(chǎn)生了氫氣和氧氣．電解水的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是說(shuō)明水是由氫元素和氧元素組成．
（2）根據(jù)水在電解的過(guò)程中分解產(chǎn)生了氫氣和氧氣以及壓強(qiáng)變化分析．
（3）電解水時(shí)，與電源正極相連的試管內(nèi)產(chǎn)生的氣體體積少，與電源負(fù)極相連的試管內(nèi)的氣體體積多；且兩者的體積之比大約是1：2，硫酸只是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性，
（4）根據(jù)氫氣和氧氣的性質(zhì)以及氫分子與氧分子中都含有兩個(gè)原子分析；
Ⅱ．根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析．

解答 解：Ⅰ．（1）水在電解的過(guò)程中分解產(chǎn)生了氫氣和氧氣，故該反應(yīng)的化學(xué)方程式2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑．電解水實(shí)驗(yàn)可得到的結(jié)論是：水是由氫、氧兩種元素組成的等，故選：C．
（2）因?yàn)樗�在電解的過(guò)程中分解產(chǎn)生了氫氣和氧氣，裝置中壓強(qiáng)變大，水被壓入分液漏斗中，分液漏斗可以調(diào)節(jié)壓強(qiáng)，故選C；
（3）電解水時(shí)，a端連接電源的負(fù)極，產(chǎn)生氫氣；b端連接電源的正極，產(chǎn)生氧氣，且兩者的體積之比大約是2：1，所以A錯(cuò)B對(duì)；過(guò)程中硫酸只是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性，其反應(yīng)前后的質(zhì)量不變，故C對(duì)，由于隨著水的電解，水的質(zhì)量不斷減小，硫酸溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增大，當(dāng)反應(yīng)停止時(shí)硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，故D對(duì)，故選A．
（4）氧氣能使燃著的木條燃燒更旺，氫氣能被燃著的木條點(diǎn)燃，區(qū)分二者的最好選用的方法是用燃著的木條；H₂、O₂的質(zhì)量比為ρ（H₂）×2：ρ（O₂）×1，H₂、O₂的分子數(shù)之比為：$\frac{ρ（{H}_{2}）×2}{2}$：$\frac{ρ（{O}_{2}）×1}{32}$=32ρ（H₂）：ρ（O₂）；反應(yīng)后生成物的分子中，H、O原子個(gè)數(shù)比32ρ（H₂）×2：ρ（O₂）×2=32ρ（H₂）：ρ（O₂）；
Ⅱ．由表中數(shù)據(jù)可知，電解H₂SO₄溶液各用電器工作時(shí)間更長(zhǎng)，獲得的電能更多，意味著電解時(shí)反應(yīng)速度更快，溶液的導(dǎo)電性更好，所以H₂SO₄溶液濃度大于KOH溶液．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】閉合K₂，斷開(kāi)K₁，用電器就可以工作，說(shuō)明氫氧燃料電池不一定在點(diǎn)燃條件下才能放電．
故答案為：Ⅰ．（1）2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；C．
（2）C；（3）A；（4）用燃著的木條；32ρ（H₂）：ρ（O₂）；
Ⅱ．電解H₂SO₄溶液；＞；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】不一定．

點(diǎn)評(píng) 本題難度不大，掌握電解水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)論等并能靈活運(yùn)用是正確解答本題的關(guān)鍵．