Question

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小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定，請回答：
（1）氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是

 

，在導(dǎo)線中電子流動方向為

 

（用a、b 表示）．
（2）負極反應(yīng)式為

 

．
（3）電極表面鍍鉑粉的原因為

 

（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(guān)鍵技術(shù)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+H₂

△   .

2LiHⅡ．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用鋰吸收224L（標(biāo)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(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為

 

．
③若改用熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，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(yīng)是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．則正極的電極反應(yīng)是

 

．為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，此電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)，則A物質(zhì)的化學(xué)式是

 

．

Answer 1

考點：常見化學(xué)電源的種類及其工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）氫氧燃料電池屬于原電池；電子從負極沿導(dǎo)線流向正極；
（2）負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）反應(yīng)物的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快；
（4）①根據(jù)化合價的變化判斷；
②根據(jù)實際參加反應(yīng)的氫氣以及電極反應(yīng)式計算；
③燃料電池中，正極發(fā)生的反應(yīng)一定是氧氣得電子的過程；電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)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(xué)能轉(zhuǎn)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(yīng)、正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以電子從a電極流向b電極，故答案為：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；由a到b；
（2）負極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（3）反應(yīng)物的接觸面積越大，反應(yīng)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(yīng)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(yīng)速率；
（4）①2Li+H₂

△   .

2LiH，該反應(yīng)中鋰失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以鋰是還原劑；LiH+H₂O=LiOH+H₂↑，該反應(yīng)中H₂O得電子生成氫氣，發(fā)生還原反應(yīng)，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(biāo)準狀況）H₂用作電池燃料，則H₂物質(zhì)的量為10mol，生成的LiH是20mol，和水反應(yīng)生成氫氣是20mol，而實際參加反應(yīng)的H₂為20mol×80%=16mol，1molH₂轉(zhuǎn)化成1molH₂O，轉(zhuǎn)移2mol電子，所以16molH₂可轉(zhuǎn)移32mol的電子；
故答案為：32mol；
③燃料電池中，正極反應(yīng)一定是氧氣的電子的過程，該電池的電解質(zhì)環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以電極反應(yīng)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(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)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(yīng)式要注意結(jié)合電解質(zhì)溶液書寫，如果電解質(zhì)溶液不同，雖然原料相同，電極反應(yīng)式也不同，如氫氧燃料電池，當(dāng)電解質(zhì)為酸或堿，電極反應(yīng)式就不同．