Question

5．燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置．如圖為氫氧燃料電池示意圖，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化學能轉變?yōu)殡娔�，在導線中電子流動方向為a到b（ 用a、b 表示）．
（2）負極反應式為2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O，正極反應式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）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+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiHⅡ．LiH+H₂O═LiOH+H₂↑反應Ⅰ中的還原劑是Li，反應Ⅱ．中的氧化劑是H₂O；
（4）如果該電池是甲烷-氧氣燃料電池，負極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（5）如果該電池是肼（N₂H₄）-氧氣燃料電池，負極反應式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）原電池是將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置，原電池放電時，電子從負極沿導線流向正極；
（2）負極上燃料失電子發(fā)生還原反應，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；
（3）根據(jù)化合價升高失電子發(fā)生氧化反應是還原劑，化合價降低得電子發(fā)生還原反應是氧化劑判斷；
（4）甲烷-氧氣燃料電池，負極甲烷失電子結合氫氧根生成碳酸根；
（5）肼（N₂H₄）-氧氣燃料電池，負極N₂H₄失電子結合氫氧根生成氮氣．

解答 解：（1）該裝置是把化學物質中的能力轉化為電能，所以是化學能轉變?yōu)殡娔�；在原電池中，負極上失電子，正極上得電子，電子的流向是從負極流向正極，又氫氧燃料電池中氫氣為負極，氧氣為正極，所以導線中電子流動方向為由a到b，
故答案為：化學能轉變?yōu)殡娔�；a到b；
（2）堿性環(huán)境中，該反應中負極上氫氣失電子生成氫離子，電極反應式為H₂+2OH^--2e^-═2H₂O，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故答案為：2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH，該反應中鋰失電子發(fā)生氧化反應，所以鋰是還原劑，H元素化合價降低，被還原，H₂為氧化劑；LiH+H₂O=LiOH+H₂↑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，LiH中H元素升高，被氧化，LiH為還原劑，故答案為：Li；H₂O；
（4）甲烷-氧氣燃料電池，負極甲烷失電子結合氫氧根生成碳酸根，則反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（5）肼（N₂H₄）-氧氣燃料電池，負極N₂H₄失電子結合氫氧根生成氮氣，則反應式為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．

點評 本題考查化學電源的工作原理，題目難度不大，注意原電池電極反應式的書寫．