Question

被譽為改變未來世界的十大科技之一的燃料電池是一種新型的無污染、無噪音、高效率的汽車動力和發(fā)電設(shè)備，正以勢不可擋之勢擠入汽車工業(yè)和電力工業(yè)．它是一種不經(jīng)過燃燒，將燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置．這主要由燃料、氧化劑、電極、電解質(zhì)組成．在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)電池一樣具有正負電極，正負電極被電解質(zhì)分隔．它以還原劑（用氫作燃料，也可以添加一個氫氣變換器，直接使用甲醇、天然氣、甚至石油、柴油、煤等作燃料）為負極反應(yīng)物，以氧化劑（如氧氣、空氣等）為正極反應(yīng)物．為了使燃料便于進行電極反應(yīng)．要求電極材料兼有催化劑的特性．可用多孔碳多孔鎳、鉑、鈀等貴金屬以及聚四氟乙烯等電極材料．電解質(zhì)則有堿性、酸性、熔融鹽和固體電解質(zhì)及高聚物質(zhì)子交換膜等數(shù)種．

如下圖所示是一種氫——氧燃料電池的工作原理圖，其電解質(zhì)為有機高分子聚合物：

（1）燃料電池中質(zhì)子交換膜的作用是________________________．

　�。�2）寫出氫氧燃料電池正負極發(fā)生的電極反應(yīng)式（注明是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)）和電池的總反應(yīng)方程式___________________________．

　�。�3）若用燃料電池發(fā)電，輸出電流的電流強度為533 A，則每小時能合成多少水?

　�。�4）電池燃料氫可利用甲醇、天然氣、石油、柴油等，通過一個氫氣變換器而得到．寫出利用天然氣轉(zhuǎn)化為氫氣的化學方程式___________________．

　�。�5）請根據(jù)文中質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理圖，說明負載的電流方向為__________________．

　�。�6）用某種燃料電池給電爐供電，設(shè)電爐的額定功率P₀＝400 W，電池在不接負載時的路端電壓與電爐的額定電壓相同，當電爐接到該電源上時，電爐實際消耗的功率P₁＝324W．若兩個這樣的爐并聯(lián)接到該電源上，求兩個電爐實際消耗的總功率P₂為多少?

 

Answer 1

答案：
解析：

（1）讓質(zhì)子通過導電，又防止H2、O2混合可能引起爆炸． （2）負極是氧化反應(yīng)H2－2e－=2H+，正極是還原反應(yīng)4H+ + O2 + 4e－ = 2H2O；總反應(yīng)相當于H2在O2中的燃燒：2 H2 + O2 = 2H2O． （3）每小時輸出電量　Q = It = 533 A×3600 s = 1.92×106C 　　轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量　n =Q/F = 1.92×106C/96500 C·mol-1 = 19.9 mol 由于生成1 mol H2O需轉(zhuǎn)移2 mol電子，即生成H2O物質(zhì)的量為9.95 mol，質(zhì)量為179 g． （4）． （5）H2失去電子，則電子從左向右通過負載，而電流方向與電子移動方向相反． （6）536 W．

提示：

審視本題所給信息，其原理是一個電化學反應(yīng)。 （1）陽離子交換膜只能讓陽離子Na+通過，不能讓氣體通過．顯然，本題中的質(zhì)子交換膜肯定能讓質(zhì)子通過，不能讓H2、O2通過．所以，質(zhì)子交換膜的作用是：讓質(zhì)子通過導電，又防止H2、O2混合可能引起爆炸． （2）負極是氧化反應(yīng)H2－2e－=2H+，正極是還原反應(yīng)4H+ + O2 + 4e－ = 2H2O；總反應(yīng)相當于H2在O2中的燃燒：2 H2 + O2 = 2H2O． （3）每小時輸出電量　Q = It = 533 A×3600 s = 1.92×106C 　　轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量　n =Q/F = 1.92×106C/96500 C·mol-1 = 19.9 mol 由于生成1 mol H2O需轉(zhuǎn)移2 mol電子，即生成H2O物質(zhì)的量為9.95 mol，質(zhì)量為179 g． （4）天然氣的主要成分是CH4，與H2O反應(yīng)的另一產(chǎn)物是CO，可與生產(chǎn)水煤氣作模擬． 　　． （5）H2失去電子，則電子從左向右通過負載，而電流方向與電子移動方向相反．