Question

美國阿波羅宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池是一種新型的化學電池，其構(gòu)造如圖所示；兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙中逸出，并在電極表面放電。

（1）a極是      極，b極是     極，電極

反應式分別為                               ，                                。

（2）飛船上宇航員的生活用水由燃料電池提供。已知這種電池發(fā)1度電時能生成350g水，試計算能量轉(zhuǎn)化率。

[2H₂(g)+O₂(g)      2H₂O(l)+572kJ]

（3）這種電池的輸出電壓為1.2V。要使標有1.2V，1.5W的小燈泡連續(xù)發(fā)光0.5h，應消耗標準狀況下的H₂多少升？

（4）氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然使用方便，卻受到價格和來源的限制。常用的燃料，往往是某些碳氫化合物，如甲烷（天然氣）、汽油等。請寫出將圖中H₂換成CH₄時所構(gòu)成的甲烷燃料電池中a極的電極反應式：                                    。此時電池內(nèi)總的反應方程式為                             。

 

Answer 1

【答案】

（1）負  正    2H₂+4OH^—-4e＝4H₂O     O₂+2H₂O+4e^—＝4OH^—

（2）64.7%   

（3）0.327L

（4）CH₄+10OH^—-8e^—＝CO₃^2—+7H₂O       CH₄+2O₂+2OH^—＝CO₃^2—+3H₂O

【解析】

試題分析：（1）原電池中負失去電子，發(fā)生氧化反應。正極得到電子，發(fā)生還原反應。所以氫氣在負極通入，氧氣在正極通入，因此a是氫氧燃料電池負極，b是正極。由于電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液，所以負極電極反應式是2H₂+4OH^—-4e＝4H₂O，正極電極反應式是O₂+2H₂O+4e^—＝4OH^—。

（2）350g水的物質(zhì)的量是350g÷18g/mol=19.4mol，每生成2mol的水放出的熱量是572kJ，所以理論上生成350g水應該放出的熱量是（19.4mol÷2）×572kJ/mol＝5561kJ。而一度電能量是3.6×10⁶J，所以能量轉(zhuǎn)化率就是3.6×10⁶J÷5561000×100%＝64.7%。

（3）W＝Pt＝1.5 J/s×1800 s＝2.7kJ

所以消耗標準狀況下H₂的體積為

（4）甲烷的燃燒產(chǎn)物是CO₂和水，在堿性溶液中CO₂和氫氧化鉀反應生成碳酸鉀，所以負極電極反應式是CH₄+10OH^—-8e^—＝CO₃^2—+7H₂O，總的反應式是CH₄+2O₂+2OH^—＝CO₃^2—+3H₂O。

考點：考查電化學原理的綜合應用

點評：該題是高考中的常見題型，為中等難度的試題。試題基礎(chǔ)性強，難易適中，有利于考查學生答題能力，也有利于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，特別是思維的嚴謹性，提高學生的學習效率。