Question

【題目】I.被譽(yù)為改變未來世界的十大新科技之一的燃料電池。 右圖為氫氧燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極材料為疏松多孔石墨棒．當(dāng)氧氣和氫氣分別連續(xù)不斷地從正、負(fù)兩極通入燃料電池時(shí)，便可在閉合回路中不斷地產(chǎn)生電流．

試回答下列問題：

(1)燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是________；電解質(zhì)溶液中的OH-移向______極(填“負(fù)”或“正”)．

(2)寫出氫氧燃料電池工作時(shí)正極反應(yīng)式：_______________________。

(3)若將此燃料電池改進(jìn)為直接以甲烷和氧氣為原料進(jìn)行工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為___________．

(4)利用該裝置可以處理氮的氧化物和NH3 尾氣,總反應(yīng)為：6NO2 +8NH3=7N2+12H2O，負(fù)極反應(yīng)式為__________。

II.將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池，若該電池中兩電極的總質(zhì)量為80 g，工作一段時(shí)間后，取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重，總質(zhì)量為41g，試計(jì)算：

（1）產(chǎn)生氫氣的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)為________________；

（2）通過導(dǎo)線的電子數(shù)為__________（用NA表示）．

Answer 1

【答案】 能量利用率高，綠色無污染 負(fù) 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 2NH3 -6e- +6OH-=N2+6H2O 13.44 L 1.2NA

【解析】（1）因?yàn)槭茄鯕夂蜌錃獾娜剂想姵兀�產(chǎn)物為水，并且氧氣和氫氣的燃燒放出的熱量高，所以(1)燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是能量利用率高，綠色無污染。根據(jù)原電池工作原理，在電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽離子向正極移動(dòng)。所以答案為：能量利用率高，綠色無污染 負(fù)。

(2) 正極上是氧氣得電子和水生成氫氧根離子，發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e-=4OH-。氫氧燃料電池正極反應(yīng)式：2H2O+O2+4e-=4OH-。

（3）因?yàn)槭窃趬A性溶液中，正極上仍然是氧氣得電子和水生成氫氧根離子，發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極反應(yīng)式為2O2+4H2O+8e-=8OH-，負(fù)極上是甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，所以電極反應(yīng)式為CH4＋10OH－－8e－=CO＋7H2O。答案：CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O

(4)根據(jù)原電池工作原理，氧化劑做正極，還原劑做負(fù)極。由6NO2 +8NH3=7N2+12H2O判斷NO2為氧化劑，NH3為還原劑。所以負(fù)極反應(yīng)式為2NH3 -6e- +6OH-=N2+6H2O。

II. （1）將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池，鋅做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；硫酸中的氫離子做氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)。若該電池中兩電極的總質(zhì)量為80g，工作一段時(shí)間后，取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重，總質(zhì)量為41g，質(zhì)量減少了39g，根據(jù)原電池工作原理知道減少的質(zhì)量是鋅失電子，變成鋅離子。根據(jù)電子守恒FeH2產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的體積為39g/65g.mol-122.4l.mol-1= 13.44 L。

（2）通過導(dǎo)線的電子數(shù)為39g/65g.mol-12NA=1.2NA