Question

11．氫能源是21世紀(jì)極具發(fā)展前景的新能源之一，它既是綠色能源，又可循環(huán)使用．請?jiān)谌鐖D中的兩個空格中填上循環(huán)過程中反應(yīng)物和生成物的分子式，以完成理想的氫能源循環(huán)體系圖（循環(huán)中接受太陽能的物質(zhì)在自然界中廣泛存在）．
（1）從能量轉(zhuǎn)換的角度看，過程Ⅱ上應(yīng)是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）過程Ⅱ的完成可以在不同的電解質(zhì)溶液中進(jìn)行，試分別寫出符合下列要求的電極反應(yīng)式：
①以稀硫酸為電解質(zhì)：正極：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．
②以氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)：負(fù)極：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．
③當(dāng)電解質(zhì)為熔融ZrO₂（摻雜有Y₂O₃）的晶體（在高溫下電離，以金屬陽離子和O^2-導(dǎo)電）時(shí)，正極：O₂+4e^-=2O^2-，負(fù)極：H₂-2e^-+O^2-=H₂O．

Answer 1

分析 分析轉(zhuǎn)化關(guān)系可知?dú)淠茉囱�環(huán)體系圖中，燃料電池是氫氣和氧氣反應(yīng)燃燒生成水的過程，水在太陽能和催化劑作用下分解有生成氧氣和氫氣；
（1）過程Ⅱ是發(fā)生的原電池反應(yīng)；
（2）氫氧燃料電池工作時(shí)，氫氣失電子生成水；氧氣得電子生成氫氧根離子；氫氧燃料電池的產(chǎn)物為水，依據(jù)不同電解質(zhì)環(huán)境判斷生成產(chǎn)物，結(jié)合電荷守恒書寫電極反應(yīng)；

解答 解：轉(zhuǎn)化關(guān)系可知?dú)淠茉囱�環(huán)體系圖中，燃料電池是氫氣和氧氣反應(yīng)燃燒生成水的過程，水在太陽能和催化劑作用下分解有生成氧氣和氫氣，兩個框中為循環(huán)過程中反應(yīng)物和生成物的分子式為：左為H₂O；右為H₂、O₂；
故答案為：H₂O；H₂、O₂；
（1）過程Ⅱ是發(fā)生的原電池反應(yīng)，能量變化是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程；
故答案為：化學(xué)；電；
（2）氫氧燃料電池工作時(shí)，氫氣失電子是還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)；氧氣得電子是氧化劑，發(fā)生還原反應(yīng)．
①以稀硫酸為電解質(zhì)，正極上是O₂得到電子在酸溶液中生成水，正極的電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，
故答案為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
②電解質(zhì)溶液是KOH溶液（堿性電解質(zhì)），正極是O₂得到電子，正極的電極反應(yīng)式為：O₂+H₂O+4e^-═4OH^-，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
故答案為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
③當(dāng)電解質(zhì)為熔融ZrO₂（摻雜有Y₂O₃）的晶體（在高溫下電離，以金屬陽離子和O^2-導(dǎo)電）時(shí)，正極電極反應(yīng)是氧氣得到電子生成氧離子，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-=2O^2-，負(fù)極是氫氣失電子生成水，電極反應(yīng)為：H₂-2e^-+O^2-=H₂O；
故答案為：O₂+4e^-=2O^2-，H₂-2e^-+O^2-=H₂O；

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)反應(yīng)過程中能量變化形式，原電池原理的分析應(yīng)用，注意知識積累，題目難度中等．