Question

20．氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置．如圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，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)化主要形式是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，在�?dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)閍到b（用a、b表示）．
（2）負(fù)極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O．
（3）電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)樵龃箅姌O單位面積吸附H₂、O₂的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率．
（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+H₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH
Ⅱ．LiH+H₂O═LiOH+H₂↑
①反應(yīng)I中的還原劑是Li．反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是H₂O．
②已知LiH固體密度為0.82g/cm³．用鎂吸收224L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）H₂，生成的LiH體積與被吸收的H₂體積比為8.82×10^-4．
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(guò)電子的物質(zhì)的量為32mol．

Answer 1

分析 （1）氫氧燃料電池為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，通入氫氣的一極為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，通入氧氣的一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電子由外電路流向正極；
（2）堿性溶液中負(fù)極反應(yīng)為2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O，正極反應(yīng)為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，電池總反應(yīng)都為2H₂+O₂=2H₂O；
（3）固體的表面積越大，反應(yīng)速率越大；
（4）①?gòu)幕�合價(jià)的變化的角度分析；
②根據(jù)反應(yīng)的電極方程式計(jì)算；
③根據(jù)實(shí)際參加反應(yīng)的氫氣以及電極反應(yīng)式計(jì)算．

解答 解：（1）該裝置是把化學(xué)物質(zhì)中的能力轉(zhuǎn)化為電能，所以是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽辉谠�電池中，�?fù)極上失電子，正極上得電子，電子的流向是從負(fù)極流向正極，所以是 由a到b，
故答案為：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；a到b；
（2）堿性環(huán)境中，該反應(yīng)中負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子，電極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-═2H₂O，故答案為：2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；
（3）電極表面鍍鉑粉，增大了電極單位面積吸附H₂、O₂的分子數(shù)，使反應(yīng)物的濃度增大，反應(yīng)速率加快，
故答案為：增大電極單位面積吸附H₂、O₂的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率；
（4）①Li從零價(jià)升至+1價(jià)，作還原劑，H₂O的H從+1降至H₂中的零價(jià)，作氧化劑，故答案為：Li；H₂O；
②由反應(yīng)I，當(dāng)吸收10molH₂時(shí)，則生成20molLiH，V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{20mol×8g/mol}{0.82×10{\;}^{3}g/L}$=197.5×10^-3L．$\frac{V（LiH）}{V（H{\;}_{2}）}$=$\frac{197.5×10-3L}{224L}$=8.82×10^-4，
故答案為：8.82×10^-4；
③20mol LiH可生成20mol H₂，實(shí)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：32．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)電源的工作原理及有關(guān)計(jì)算，題目難度較大，注意原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)以及從電子守恒的角度計(jì)算．