Question

18．化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起著十分關(guān)鍵的作用．氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高，具有廣闊的發(fā)展前景．現(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行如圖所示的實(shí)驗(yàn)（圖中所用電極均為惰性電極）：
（1）對(duì)于氫氧燃料電池，下列敘述不正確的是CD．
A．a(chǎn)電極是負(fù)極，OH^-移向負(fù)極
B．b電極的電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
C．電池總反應(yīng)式為：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2H₂O
D．電解質(zhì)溶液的pH保持不變
E．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置
（2）如圖右邊裝置中盛有AgNO₃溶液，當(dāng)氫氧燃料電池工作一段時(shí)間后，AgNO₃溶液的pH減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
（3）已知甲醇的燃燒熱△H=-726.5kJ/mol，在直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極的反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，正極的反應(yīng)式為$\frac{3}{2}$O₂+6H⁺+6e^-═3H₂O．
理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1kJ，則該燃料電池的理論效率為96.6%（燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比）．

Answer 1

分析 （1）氫氧燃料電池工作時(shí)，通入氫氣的電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性溶液中，電極方程式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧氣的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應(yīng)式為2H₂+O₂=2H₂O，電解硝酸銀溶液，pH減小；
（2）電解硝酸銀溶液，陰極發(fā)生4Ag⁺+4e^-=4Ag，陽(yáng)極發(fā)生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，總反應(yīng)式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，根據(jù)方程式計(jì)算；
（3）甲醇燃料電池，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極放電，酸性條件下生成水；
根據(jù)甲醇的燃燒熱計(jì)算2mol甲醇完全燃燒放出的熱量，結(jié)合原電池產(chǎn)生的電能計(jì)算．

解答 解：（1）A、a電極通入氫氣，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)是負(fù)極，原電池工作時(shí)OH^-移向負(fù)極，故A正確；
B、通入氧氣的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故B正確；
C、電極總反應(yīng)式為2H₂+O₂=2H₂O，不是在點(diǎn)燃的條件下反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；
D、電解硝酸銀溶液總反應(yīng)式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，電池中電解質(zhì)溶液的pH減小，故D錯(cuò)誤；
E、氫氧燃料電池可分別在兩級(jí)上通入氫氣和氧氣，是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置，故E正確．
故答案為：CD；
（2）電解硝酸銀溶液，陰極發(fā)生4Ag⁺+4e^-=4Ag，陽(yáng)極發(fā)生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，總反應(yīng)式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，所以電解一段時(shí)間后溶液pH減小，故答案為：減�。�
（2）酸性條件下甲醇燃料電池的總反應(yīng)式為：CH₃OH+$\frac{3}{2}$O₂═CO₂+2H₂O①，酸性條件下該燃料電池的正極反應(yīng)式為$\frac{3}{2}$O₂+6H⁺+6e^-═3H₂O②，①-②得電池負(fù)極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；該燃料電池的理論效率為$\frac{702.1KJ}{726.5KJ}$×100%=96.6%．
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；$\frac{3}{2}$O₂+6H⁺+6e^-═3H₂O；96.6%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電化學(xué)知識(shí)，為高考常見題型，側(cè)重于考查學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)的能力和分析問題的能力，明確正負(fù)極、陰陽(yáng)極上得失電子是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度中等．