Question

14．氫氣是未來最理想的能源，科學家最近研制出利用太陽能產生激光，并在二氧化鈦（TiO₂）表面作用使海水分解得到氫氣的新技術：2H₂O $\frac{\underline{\;\;\;\;\;激光\;\;\;\;\;}}{TiO2}$ 2H₂↑+O₂↑．制得的氫氣可用于燃料電池．試回答下列問題：
（1）分解海水時，二氧化鈦作催化劑．生成的氫氣用于燃料電池時，化學能轉變?yōu)殡娔埽�分解海水的反應屬于吸熱反應（填“放熱”或“吸熱”）�?br />（2）某種氫氧燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷作電解質，兩極上發(fā)生的電極反應如下：A極：2H₂+2O^2--4e^-═2H₂O     B極：O₂+4e^-═2O^2-則A極是電池的負極；電子從該極流出（填“流入”或“流出”）．
（3）（a）將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池，兩電極間連接一個電流計．鋅片上發(fā)生的電極反應Zn-2e^-=Zn²⁺；銀片上發(fā)生的電極反應2H⁺+2e^-=H₂↑
（b）若以上電池中兩電極的總質量為60g，工作一段時間后，取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重，總質量為47g，試計算：①產生氫氣的體積（標準狀況）4.48L；②消耗的鋅的質量13g．（已知N_A=6.02×10²³ mol^-1，）

Answer 1

分析 （1）利用太陽能分解海水是將太陽能轉化為化學能；氫氧燃料電池屬于原電池，是將化學能轉化為電能，斷裂化學鍵需要吸收能量，形成化學鍵放出能量；
（2）原電池中，負極上失電子發(fā)生氧化反應，正極上得電子發(fā)生還原反應，電子從負極沿導線流出；
（3）（a）鋅片、銀片、稀硫酸構成原電池，活潑金屬鋅作負極，負極上失電子發(fā)生氧化反應，銀作正極，正極上得電子發(fā)生還原反應，據此寫出電極反應式；
（b）根據得失電子守恒計算生成氫氣的體積．

解答 解：（1）科學家利用太陽能使海水分解，所以是太陽能轉變?yōu)榛瘜W能，該反應中二氧化鈦作催化劑；生成的氫氣用于燃料電池時是把化學能轉變?yōu)殡娔�，水分解時，斷裂的化學鍵是H-O鍵；電解水是吸熱反應，
故答案為：催化劑、化學、電、吸熱；
（2）A極是失去電子發(fā)生氧化反應的電極，所以A極是負極，正極上得電子發(fā)生還原反應，所以電子從負極流出，故答案為：負；流出；
（3）（a）鋅片、銀片、稀硫酸構成原電池，鋅作負極，負極上鋅失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：Zn-2e^-=Zn²⁺；銀作正極，正極上氫離子得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（b）該原電池中，負極上鋅失電子變成鋅離子進入溶液，導致質量減少，正極上金屬不參加反應，所以該裝置中減少的質量是鋅的質量，根據轉移電子相等知，生成氫氣的物質的量和鋅的物質的量相等，所以生成氣體的體積=$\frac{（60-47）g}{65g/mol}$×22.4L/mol=4.48L，所以參加反應鋅的質量為
$\frac{4.48}{22.4}×65$g=13g，故答案為：4.48L，13g．

點評 本題考查原電池反應的原理，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，在得失電子守恒的情況下根據電極反應進行計算，難度不大．