Question

被譽(yù)為改變未來(lái)世界的十大科技之一的燃料電池是一種新型的無(wú)污染、無(wú)噪音、高效率的汽車動(dòng)力和發(fā)電設(shè)備，正以勢(shì)不可擋之勢(shì)擠入汽車工業(yè)和電力工業(yè)．它是一種不經(jīng)過燃燒，將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置．這主要由燃料、氧化劑、電極、電解質(zhì)組成．在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)電池一樣具有正負(fù)電極，正負(fù)電極被電解質(zhì)分隔．它以還原劑（用氫作燃料，也可以添加一個(gè)氫氣變換器，直接使用甲醇、天然氣、甚至石油、柴油、煤等作燃料）為負(fù)極反應(yīng)物，以氧化劑（如氧氣、空氣等）為正極反應(yīng)物．為了使燃料便于進(jìn)行電極反應(yīng)．要求電極材料兼有催化劑的特性．可用多孔碳多孔鎳、鉑、鈀等貴金屬以及聚四氟乙烯等電極材料．電解質(zhì)則有堿性、酸性、熔融鹽和固體電解質(zhì)及高聚物質(zhì)子交換膜等數(shù)種．

如下圖所示是一種氫——氧燃料電池的工作原理圖，其電解質(zhì)為有機(jī)高分子聚合物：

（1）燃料電池中質(zhì)子交換膜的作用是________________________．

　　（2）寫出氫氧燃料電池正負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式（注明是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)）和電池的總反應(yīng)方程式___________________________．

　�。�3）若用燃料電池發(fā)電，輸出電流的電流強(qiáng)度為533 A，則每小時(shí)能合成多少水?

　　（4）電池燃料氫可利用甲醇、天然氣、石油、柴油等，通過一個(gè)氫氣變換器而得到．寫出利用天然氣轉(zhuǎn)化為氫氣的化學(xué)方程式___________________．

　　（5）請(qǐng)根據(jù)文中質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理圖，說明負(fù)載的電流方向?yàn)?/span>__________________．

　�。�6）用某種燃料電池給電爐供電，設(shè)電爐的額定功率P₀＝400 W，電池在不接負(fù)載時(shí)的路端電壓與電爐的額定電壓相同，當(dāng)電爐接到該電源上時(shí)，電爐實(shí)際消耗的功率P₁＝324W．若兩個(gè)這樣的爐并聯(lián)接到該電源上，求兩個(gè)電爐實(shí)際消耗的總功率P₂為多少?

 

Answer 1

答案：
解析：

（1）讓質(zhì)子通過導(dǎo)電，又防止H2、O2混合可能引起爆炸． （2）負(fù)極是氧化反應(yīng)H2－2e－=2H+，正極是還原反應(yīng)4H+ + O2 + 4e－ = 2H2O；總反應(yīng)相當(dāng)于H2在O2中的燃燒：2 H2 + O2 = 2H2O． （3）每小時(shí)輸出電量　Q = It = 533 A×3600 s = 1.92×106C 　　轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量　n =Q/F = 1.92×106C/96500 C·mol-1 = 19.9 mol 由于生成1 mol H2O需轉(zhuǎn)移2 mol電子，即生成H2O物質(zhì)的量為9.95 mol，質(zhì)量為179 g． （4）． （5）H2失去電子，則電子從左向右通過負(fù)載，而電流方向與電子移動(dòng)方向相反． （6）536 W．

提示：

審視本題所給信息，其原理是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)。 （1）陽(yáng)離子交換膜只能讓陽(yáng)離子Na+通過，不能讓氣體通過．顯然，本題中的質(zhì)子交換膜肯定能讓質(zhì)子通過，不能讓H2、O2通過．所以，質(zhì)子交換膜的作用是：讓質(zhì)子通過導(dǎo)電，又防止H2、O2混合可能引起爆炸． （2）負(fù)極是氧化反應(yīng)H2－2e－=2H+，正極是還原反應(yīng)4H+ + O2 + 4e－ = 2H2O；總反應(yīng)相當(dāng)于H2在O2中的燃燒：2 H2 + O2 = 2H2O． （3）每小時(shí)輸出電量　Q = It = 533 A×3600 s = 1.92×106C 　　轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量　n =Q/F = 1.92×106C/96500 C·mol-1 = 19.9 mol 由于生成1 mol H2O需轉(zhuǎn)移2 mol電子，即生成H2O物質(zhì)的量為9.95 mol，質(zhì)量為179 g． （4）天然氣的主要成分是CH4，與H2O反應(yīng)的另一產(chǎn)物是CO，可與生產(chǎn)水煤氣作模擬． 　　． （5）H2失去電子，則電子從左向右通過負(fù)載，而電流方向與電子移動(dòng)方向相反．