Question

5．燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置．如圖為氫氧燃料電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(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)變?yōu)殡娔�，在�?dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)閍到b（ 用a、b 表示）．
（2）負(fù)極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O，正極反應(yīng)式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）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{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiHⅡ．LiH+H₂O═LiOH+H₂↑反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是Li，反應(yīng)Ⅱ．中的氧化劑是H₂O；
（4）如果該電池是甲烷-氧氣燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（5）如果該電池是肼（N₂H₄）-氧氣燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，原電池放電時(shí)，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極；
（2）負(fù)極上燃料失電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；
（3）根據(jù)化合價(jià)升高失電子發(fā)生氧化反應(yīng)是還原劑，化合價(jià)降低得電子發(fā)生還原反應(yīng)是氧化劑判斷；
（4）甲烷-氧氣燃料電池，負(fù)極甲烷失電子結(jié)合氫氧根生成碳酸根；
（5）肼（N₂H₄）-氧氣燃料電池，負(fù)極N₂H₄失電子結(jié)合氫氧根生成氮?dú)猓?/p>

解答 解：（1）該裝置是把化學(xué)物質(zhì)中的能力轉(zhuǎn)化為電能，所以是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；在原電池中，�?fù)極上失電子，正極上得電子，電子的流向是從負(fù)極流向正極，又氫氧燃料電池中氫氣為負(fù)極，氧氣為正極，所以導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)橛蒩到b，
故答案為：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；a到b；
（2）堿性環(huán)境中，該反應(yīng)中負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子，電極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-═2H₂O，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故答案為：2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH，該反應(yīng)中鋰失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以鋰是還原劑，H元素化合價(jià)降低，被還原，H₂為氧化劑；LiH+H₂O=LiOH+H₂↑反應(yīng)中H₂O得電子生成氫氣，發(fā)生還原反應(yīng)，所以H₂O是氧化劑，LiH中H元素升高，被氧化，LiH為還原劑，故答案為：Li；H₂O；
（4）甲烷-氧氣燃料電池，負(fù)極甲烷失電子結(jié)合氫氧根生成碳酸根，則反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（5）肼（N₂H₄）-氧氣燃料電池，負(fù)極N₂H₄失電子結(jié)合氫氧根生成氮?dú)�，則反應(yīng)式為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)電源的工作原理，題目難度不大，注意原電池電極反應(yīng)式的書寫．