Question

被譽(yù)為改變未來世界的十大新科技之一的燃料電池具有無污染、無噪音、高效率的特點(diǎn)．如圖1為氫氧燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極材料為疏松多孔石墨棒．當(dāng)氧氣和氫氣分別連續(xù)不斷地從正、負(fù)兩極通入燃料電池時，便可在閉合回路中

不斷地產(chǎn)生電流．試回答下列問題：
（1）寫出氫氧燃料電池工作時正極電極反應(yīng)方程式：

 

（2）若將此燃料電池改為以肼（ N₂H₄）和氧氣為原料（其他條件不變），工作時（產(chǎn)物為N₂，H₂O）負(fù)極電極反應(yīng)式為

 

（3）用上述氫氧燃料電池作直流電源進(jìn)行電解，裝置如圖2所示．若通電5min時，銅電極質(zhì)量增加2.16g．試回答：
①電源中Y電極為直流電源的

 

極．（填“正”或“負(fù)”）
②通電5min后B中pH變化：

 

，（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③通電5min時氫氧燃料電池中，理論上消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下

 

L氧氣．
④A中KCl溶液體積也是200mL，通電5min后，溶液的OH^-濃度

 

mol?L^-1（設(shè)電解前后溶液體積無變化且KCl有剩余）．
⑤通電5min時，B中共收集224mL氣體（標(biāo)況），溶液體積為200mL，則通電前CuSO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為

 

（設(shè)電解前后溶液體積無變化）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)電源新型電池,電解原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）氫氧燃料電池中，電解質(zhì)溶液為堿，則正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；
（2）肼--空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，工作時，負(fù)極上肼失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）①由銅電極的質(zhì)量增加，則Cu電極為陰極，可知X為電源的負(fù)極，Y為正極；
②根據(jù)電解質(zhì)溶液中氫離子濃度變化來判斷pH變化；
③根據(jù)Cu電極的質(zhì)量變化求出轉(zhuǎn)移的電子，根據(jù)電子守恒求算氧氣；
④根據(jù)A中的電極反應(yīng)及與C中轉(zhuǎn)移的電子守恒來計(jì)算電解后溶液的氫氧根離子的物質(zhì)的量濃度；
⑤根據(jù)電極反應(yīng)及電子守恒來計(jì)算通電前CuSO₄溶液的物質(zhì)的量．

解答： 解：（1）氫氧燃料電池中，電解質(zhì)溶液為堿，則正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，則其電極反應(yīng)式為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（2）肼-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池工作時，負(fù)極上肼失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為N₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂↑+4H₂O，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；
（3）①由銅電極的質(zhì)量增加，發(fā)生Ag⁺+e^-=Ag，則Cu電極為陰極，可知X為電源的負(fù)極，Y為正極，故答案為：正；
②B中陰極上銅離子放電，陽極上氫氧根離子放電，則溶液中氫離子濃度增大，溶液的pH減小，
故答案為：減��；
③由銅電極的質(zhì)量增加2.16g，發(fā)生Ag⁺+e^-=Ag，則銀的物質(zhì)的量為0.02mol，轉(zhuǎn)移電子為0.02mol，已知2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，則消耗的氧氣為0.005mol，即0.112 L；
故答案為：0.112；
④由A中發(fā)生2KCl+2H₂O

通電  .

2KOH+H₂↑+Cl₂↑～2e^-，
由電子守恒可知，轉(zhuǎn)移0.02mol電子時生成0.02molKOH，忽略溶液體積的變化，
則c（OH^-）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol?L^-1，
故答案為：0.1；
⑤由電子守恒可知，轉(zhuǎn)移0.02mol電子時，B中陽極反應(yīng)為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，則轉(zhuǎn)移0.02mol電子生成氧氣為0.005mol，其體積為0.005mol×22.4L/mol=0.112L=112mL，
則在陰極也生成112mL氣體，由2H⁺+2e^-═H₂↑，則氫氣的物質(zhì)的量為0.005mol，該反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子為0.01mol，
則Cu²⁺+2e^-═Cu中轉(zhuǎn)移0.01mol電子，所以Cu²⁺的物質(zhì)的量為0.005mol，通電前c（CuSO₄）=

0.005mol

0.2L

=0.025 mol?L^-1；
故答案為：0.025 mol?L^-1．

點(diǎn)評：本題考查電解原理的應(yīng)用，明確Cu電極的質(zhì)量增加是解答本題的突破口，并明確發(fā)生的電極反應(yīng)及電子守恒即可解答，題目難度中等．