Question

【題目】氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定，請回答：

(1)氫氧燃料電池的能量轉化主要形式是_______，在導線中電子流動方向為____(用a、b表示)。

(2)負極反應式為_________________________。

(3)電極表面鍍鉑粉的原因為______________________。

(4)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＋H22LiH

II．LiH＋H2O =LiOH＋H2↑

①反應Ⅰ中的還原劑是___，反應II中的氧化劑 是_____。

②已知LiH固體密度為0.82 g/cm3。用鋰吸收224 L(標準狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為________。

③由②生成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉化率為80％，則導線中通過電子的物質(zhì)的量為_________mol。

Answer 1

【答案】由化學能轉變?yōu)殡娔?/span> 由a到b 2H2＋4OH－－4e－ = 4H2O 或H2＋2OH－－2e－ = 2H2O 增大電極單位面積吸附H2、O2分子數(shù)，加快電極反應速率，同時也增大了Pt的利用率以降低成本 Li H2O 1/1148或8.71×10－4 32

【解析】

（1）原電池的能量轉化形式主要是將化學能轉化為電能；

（2）負極發(fā)生的是氧化反應，對應通氫氣的一極，注意所給介質(zhì)為堿性；

（3）在氫氧燃料電池中，多孔的鉑片可以直接作電極。本題中在電極表面鍍上一層細小的鉑粉，從題干強調(diào)的“細”、“粉”，“吸附氣體的能力強”進行分析表述。

（4）通過價態(tài)變化進行氧化劑和還原劑的判斷。通過所給的化學方程式進行求算。

（1）氫氧燃料電池作為原電池，其能量轉化主要形式是化學能變?yōu)殡娔�；通�?/span>H2的a電極為負極，通入O2的b電極為正極，電子從負極經(jīng)外電路流向正極，所以導線中電子流動方向為由a到b；

（2）所給介質(zhì)為強堿性介質(zhì)，所以負極的電極反應式為: H2＋2OH－－2e－= 2H2O，如考慮與正極電極反應式從形式上即可看出得失電子數(shù)相等，該電極反應式也可以寫成：2H2＋4OH－－4e－=4H2O；

（3）電極表面鍍鉑粉的原因為：鍍上鉑粉，可以增大該電極單位面積吸附H2、O2分子數(shù)，從而加快電極反應的速率。與直接使用多孔鉑電極相比，降低了成本而提高了貴金屬Pt的利用率；

（4）①從價態(tài)變化可以明顯看出，反應Ⅰ中Li的化合價由0價升至+1價，還原劑是Li，反應II，LiH中H的化合價為-1價，水中H的化合價為+1價，產(chǎn)物H2既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物，氧化劑是H2O；

②標準狀況下224 LH2的物質(zhì)的量為10mol，用鋰吸收生成的LiH的物質(zhì)的量為20mol，其質(zhì)量為20mol×8g/mol=160g，又知LiH的密度為0.82g/cm3，所以生成的LiH的體積為：=195.12cm3，所以生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為：= (或8.71×10－4)；

③由②生成的LiH為20mol，與H2O作用，放出的H2為20mol；這些氫氣用作電池燃料，若能量轉化率為80％，則導線中通過電子的物質(zhì)的量為：20mol×2×80%=32mol。