Question

氫氧燃料電池是將H₂通入負(fù)極，O₂通入正極而發(fā)生電池反應(yīng)的，其能量轉(zhuǎn)換率高．
（1）若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其正極反應(yīng)為

O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-

，負(fù)極反應(yīng)為

2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O

；
（2）若電解質(zhì)溶液為硫酸，其正極反應(yīng)為

O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O

，負(fù)極反應(yīng)為

2H₂-4e^-=4H⁺

；若反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，可產(chǎn)生水的質(zhì)量為

18

 g．
（3）若用氫氧燃料電池電解由NaCl和CuSO₄組成的混合溶液，其中c（Na⁺）=3c（Cu²⁺）=0.3mol?L^-1，取該混合液100mL用石墨做電極進(jìn)行電解，通電一段時(shí)間后，在陰極收集到0.112L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體．此時(shí)氫氧燃料電池外電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為

0.03N_A

，消耗H₂的質(zhì)量為

0.03

g．

Answer 1

分析：（1）氫氧燃料電池中，如果電解質(zhì)溶液為堿，則正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，陰極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水；
（2）氫氧燃料電池中，如果電解質(zhì)溶液為酸，則正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，陰極上氫氣失電子生成氫離子；
（3）用氫氧燃料電池電解NaCl和CuSO₄組成的混合溶液時(shí)，陰極上先銅離子放電，后氫離子放電，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算氫氧燃料電池外電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)，根據(jù)氫氣和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算氫氣的質(zhì)量．

解答：解：（1）氫氧燃料電池中，如果電解質(zhì)溶液為堿，則正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，陰極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O；
（2）氫氧燃料電池中，如果電解質(zhì)溶液為酸，則正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，陰極上氫氣失電子生成氫離子，電極反應(yīng)式為：2H₂-4e^-=4H⁺，該反應(yīng)過(guò)程中，每轉(zhuǎn)移2mol電子，則生成1mol水，其質(zhì)量是18g，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；2H₂-4e^-=4H⁺；18；
（3）用氫氧燃料電池電解NaCl和CuSO₄組成的混合溶液時(shí)，陰極上先銅離子放電，后氫離子放電，c（Na⁺）=3c（Cu²⁺）=0.3mol?L^-1，即混合溶液中銅離子的濃度是0.1mol/L，100mL混合溶液中n（Cu²⁺）=0.1mol/L×0.1L=0.01mol，
析出0.01mol銅需要轉(zhuǎn)移0.02mol電子，陰極上生成氫氣需要轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=

0.112

22.4

mol×2=0.01mol，串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，所以氫氧燃料電池外電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.03N_A，則消耗氫氣的質(zhì)量=

(0.02+0.01)mol

2

×2g/mol=0.03g，
故答案為：0.03N_A；0.03．

點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池原理及其相關(guān)計(jì)算，注意氫氧燃料電池中，電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液不同則電極反應(yīng)式不同．