Question

4．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(xì)小的鉑粉，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)化為電能，在導(dǎo)線(xiàn)中電子流動(dòng)方向   為由a到b（用a、b表示）．
（2）負(fù)極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（3）電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)樵龃箅姌O單位面積吸附氫氣、氧氣分子數(shù)，加快反應(yīng)速率，同時(shí)也增大了Pt的利用率以降低成本．
（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{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH
Ⅱ．LiH+H₂O═LiOH+H₂↑
①已知LiH固體密度為 0.82g/cm³．用鋰吸收 224L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）H₂，生成的LiH體積  與被吸收的H₂體積比為$\frac{1}{1120}$．
②由①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(xiàn)中通過(guò)電子的物質(zhì)的量為32mol．

Answer 1

分析 （1）燃料電池中，通入燃料的電極是負(fù)極、通入氧化劑的電極是正極，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線(xiàn)流向正極；
（2）堿性條件下，氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水；
（3）反應(yīng)物接觸面積越大，其反應(yīng)速率越快；
（4）①根據(jù)氫氣體積計(jì)算LiH的質(zhì)量，再根據(jù)V=$\frac{m}{ρ}$計(jì)算LiH的體積；
②根據(jù)氫氣中轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算．

解答 解：（1）燃料電池中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，通入燃料的電極是負(fù)極、通入氧化劑的電極是正極，所以通入氫氣的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線(xiàn)流向正極，則電子流向由a到b，故答案為：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；由a到b；
（2）堿性條件下，氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，故答案為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（3）反應(yīng)物接觸面積越大，其反應(yīng)速率越快，在電極表面鍍鉑粉，增大電極單位面積吸附氫氣、氧氣分子數(shù)，加快反應(yīng)速率，同時(shí)也增大了Pt的利用率以降低成本，故答案為：增大電極單位面積吸附氫氣、氧氣分子數(shù)，加快反應(yīng)速率，同時(shí)也增大了Pt的利用率以降低成本；
（4）①根據(jù)2Li+H₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2LiH得生成LiH的質(zhì)量=$\frac{224L}{22.4L}×2×8$g=160g，LiH的體積=$\frac{160g}{0.8g/c{m}^{3}}$=200cm³，氫氣體積=224L=224000cm³，所以生成的LiH體積與被吸收的H₂體積比=200cm³：224000cm³=$\frac{1}{1120}$，
故答案為：$\frac{1}{1120}$；
②由2Li+H₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2LiH、LiH+H₂O=LiOH+H₂↑得若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則轉(zhuǎn)化的氫氣物質(zhì)的量=$\frac{224L×80%}{22.4L/mol}$=8mol，最終生成氫氣的物質(zhì)的量是16mol氫氣，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=16mol×2=32mol，
故答案為：32mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池原理，涉及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、電子流向的判斷等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)得失電子確定正負(fù)極，再結(jié)合正負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)來(lái)分析解答，易錯(cuò)點(diǎn)是（4）②，注意最終得到的氫氣不僅包含原來(lái)的氫氣還有水參與反應(yīng)生成的氫氣，為易錯(cuò)點(diǎn)．