Question

7．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．請回答：
（1）氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化的主要形式是由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽�在�?dǎo)線中電子流動方向為由a到b（用a、b表示）．
（2）負(fù)極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O（或H₂+2OH^--2e^-=2H₂O）．
（3）電極表面鍍鉑粉的原因是增大電極單位面積吸附H₂、O₂分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率．
（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(guān)鍵技術(shù)之一．金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：
Ⅰ2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH
ⅡLiH+H₂O═LiOH+H₂↑
①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是Li，反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是H₂O．（均填化學(xué)式）
②已知LiH固體密度為0.82g/cm³，用鋰吸收224L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）H₂，則被吸收的H₂體積與生成的LiH體積比為1148：1．
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(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為32mol．

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）①根據(jù)化合價的變化判斷；
②設(shè)LiH體積體積為vL，算出質(zhì)量和物質(zhì)的量，求出氣體的體積；
③根據(jù)實際參加反應(yīng)的氫氣以及電極反應(yīng)式計算．

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2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O（或H₂+2OH^--2e^-=2H₂O），
故答案為：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O（或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H₂、O₂分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率；
（4）①2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH，該反應(yīng)中鋰失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以鋰是還原劑；LiH+H₂O=LiOH+H₂↑，該反應(yīng)中H₂O得電子生成氫氣，發(fā)生還原反應(yīng)，所以H₂O是氧化劑，
故答案為：Li；H₂O；
②設(shè)LiH體積為vL，物質(zhì)的量為n=$\frac{0.82×1000v}{8}$（mol），根據(jù)反應(yīng)方程式，2n（H₂）=n（LiH），故$\frac{0.82×1000v}{8}$（mol）=2×$\frac{224L}{22.4L/mol}$=20mol，v=$\frac{160}{820}$L；
被吸收的H₂體積與生成的LiH體積比為224L：$\frac{160}{820}$L=1148：1；
故答案是：1148：1；
③20molLiH可生成20molH₂，實際參加反應(yīng)的H₂為20mol×80%=16mol，1molH₂轉(zhuǎn)化成1molH₂O，轉(zhuǎn)移2mol電子，所以16molH₂可轉(zhuǎn)移32mol的電子，
故答案為：32．

點評 本題考查原電池原理，為高頻考點，原電池中難點是電極反應(yīng)式的書寫，要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫，注意：（4）題轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為氫氣作燃料電池時轉(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，為易錯點．