Question

11．氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置．如圖為電池示意圖．該電池電池表面鍍一層細(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)化為電能．在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)橛蒩到b（用a、b表示）．
（2）負(fù)極反應(yīng)式為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（3）電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)樵龃箅姌O單位面積吸附氫氣、氧氣分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率．
（4）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．80gLiH與H₂O作用（LiH+H₂O═LiOH+H₂↑）放出的H₂用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過(guò)電子的物質(zhì)的量為16mol．
（5）氫氣可由天然氣和水反應(yīng)制備，其主要反應(yīng)為：
CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g），某溫度下，2L密閉容器中充入2molCH₄和3molH₂O（g），反應(yīng)進(jìn)行到4s時(shí)CH₄剩余物質(zhì)的量為1.2mol，再過(guò)一段時(shí)間反應(yīng)達(dá)平衡，平衡時(shí)容器的壓強(qiáng)是起始時(shí)的1.4倍．則
①前4s以H₂O（g）濃度變化表示的平均反應(yīng)速率0.2mol/（L．s）
②平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為：50%．

Answer 1

分析 （1）原電池主要是將化學(xué)鍵轉(zhuǎn)化為電能；氫氣失去電子，為負(fù)極，氧氣獲得電子，為正極，電子由負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線移向正極；
（2）負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水；
（3）反應(yīng)物接觸面積越大，反應(yīng)速率越大；
（4）80gn（LiH）=$\frac{80g}{8g/mol}$=10mol，根據(jù)方程式知，1molLiH參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移1mol電子，10molLiH能生成10mol氫氣，10mol氫氣作燃料轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量是20mol，其轉(zhuǎn)化率為80%，則轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=20mol×80%；
（5）4s內(nèi)v（CH₄）=$\frac{\frac{2mol-1.2mol}{2L}}{4s}$=0.1mol/（L．s），同一反應(yīng)中同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比，據(jù)此計(jì)算水的反應(yīng)速率；
反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，反應(yīng)前混合氣體物質(zhì)的量是5mol，平衡時(shí)容器的壓強(qiáng)是起始時(shí)的1.4倍，則平衡時(shí)氣體物質(zhì)的量=1.4×5mol=7mol，根據(jù)方程式知，有1mol甲烷參加反應(yīng)，氣體增加2mol，達(dá)到平衡時(shí)氣體增加物質(zhì)的量2mol，所以參加反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量是1mol，甲烷轉(zhuǎn)化率=$\frac{1mol}{2mol}×100%$．

解答 解：（1）原電池主要是將化學(xué)鍵轉(zhuǎn)化為電能，燃料電池是原電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；氫氣失去電子，為負(fù)極，氧氣獲得電子，為正極，電子由負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線移向正極，即由a到b，
故答案為：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；由a到b；
（2）負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，故答案為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（3）反應(yīng)物接觸面積越大，反應(yīng)速率越大，鍍鉑粉增大電極單位面積吸附氫氣、氧氣分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率，故答案為：增大電極單位面積吸附氫氣、氧氣分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率；
（4）80gn（LiH）=$\frac{80g}{8g/mol}$=10mol，根據(jù)方程式知，1molLiH參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移1mol電子，10molLiH能生成10mol氫氣，10mol氫氣作燃料轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量是20mol，其轉(zhuǎn)化率為80%，則轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=20mol×80%=16mol，故答案為：16；
（5）①4s內(nèi)v（CH₄）=$\frac{\frac{2mol-1.2mol}{2L}}{4s}$=0.1mol/（L．s），同一反應(yīng)中同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比，v（H₂O）=2v（CH₄）=2×0.1mol/（L．s）=0.2mol/（L．s），
故答案為：0.2mol/（L．s）；
②反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，反應(yīng)前混合氣體物質(zhì)的量是5mol，平衡時(shí)容器的壓強(qiáng)是起始時(shí)的1.4倍，則平衡時(shí)氣體物質(zhì)的量=1.4×5mol=7mol，根據(jù)方程式知，有1mol甲烷參加反應(yīng)，氣體增加2mol，達(dá)到平衡時(shí)氣體增加物質(zhì)的量2mol，所以參加反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量是1mol，甲烷轉(zhuǎn)化率=$\frac{1mol}{2mol}×100%$=50%，
故答案為：50%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、原電池原理，為高頻考點(diǎn)，原電池中難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書(shū)寫(xiě)，注意：（4）題轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為氫氣作燃料電池時(shí)轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量，而不是生成氫氣轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量，為易錯(cuò)點(diǎn)．