Question

【題目】氫能是一種新型能源，氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率高。某學(xué)習(xí)小組設(shè)計如圖A所示的氫氧燃料電池裝置，電流由石墨極(C極)經(jīng)外電路流向鉑極(Pt極)。

請回答下列問題:

(1)向圖A裝置中充入氫氣的一極是____(填“鉑極”或“石墨極”)，電子流向是________

(2)A裝置在能量轉(zhuǎn)化過程中，負(fù)極的電極反應(yīng)式為________

(3)若A裝置消耗11.2L氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，理論上有____molH+從交換膜________側(cè)向________側(cè)遷移(填“左”或“右”)。

(4)某金屬合金是優(yōu)質(zhì)儲氫材料，金屬氫化物鎳電池(MH-Ni電池)具有廣泛應(yīng)用價值。如圖B以KOH為電解質(zhì)，電池反應(yīng)為NiOOH+MHNi(OH)2+M。在放電時正極的電極反應(yīng)式為________。

Answer 1

【答案】鉑極 由鉑極流出經(jīng)外電路流向石墨極 H2-2e－=2H+ 2 左 右 NiOOH+e－+H2O=Ni(OH)2+OH-

【解析】

裝置A為燃料電池，燃料電池中，通入燃料的一極為負(fù)極，通入空氣或氧氣的一極為正極，則氫氧燃料電池中，通入燃料氫氣的一極為負(fù)極，電極反應(yīng)為：H2-2e－=2H+，通入氧氣的一極為正極，電極反應(yīng)為：O2+4e-+4H+=2H2O，原電池中，電流由正極流向負(fù)極，電子的流向與電流方向相反，據(jù)此分析解答；

裝置B為金屬氫化物鎳電池(MH-Ni電池)，根據(jù)電池總反應(yīng)電池反應(yīng)為NiOOH+MHNi(OH)2+M，放電時，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此分析解答。

(1)根據(jù)分析，氫氧燃料電池中，通入燃料氫氣的一極為負(fù)極，原電池中，電流由正極流向負(fù)極，已知電流由石墨極(C極)經(jīng)外電路流向鉑極(Pt極)，則石墨極(C極)為正極，鉑極(Pt極)負(fù)極，則A中充入氫氣的一極是鉑極，電子流向與電流的方向相反，則電流是由鉑極流出經(jīng)外電路流向石墨極；

(2)因為電解質(zhì)為硫酸，所以，A裝置在能量轉(zhuǎn)化過程中，負(fù)極的電極反應(yīng)式為H2-2e－=2H+；

(3)根據(jù)電極反應(yīng)：O2+4e-+4H+=2H2O、H2-2e－=2H+，消耗1mol即標(biāo)況下22.4L氧氣，轉(zhuǎn)移4mol電子，產(chǎn)生4molH+，則A裝置消耗11.2L氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，理論上負(fù)有2molH+產(chǎn)生，而正極消耗2molH+，并且使用的是質(zhì)子交換膜，則有2molH+從交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移；

(4)原電池放電時，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)電池總反應(yīng)電池反應(yīng)為NiOOH+MHNi(OH)2+M可知，Ni元素由+4價變?yōu)?/span>+2價，得電子被還原，則正極的電極反應(yīng)式為NiOOH+e－+H2O=Ni(OH)2+OH-。