Question

【題目】氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定。請回答：

（1）氫氧燃料電池的在導(dǎo)線中電流的方向為由______(用a、b表示)。

（2）負極反應(yīng)式為______，正極反應(yīng)式為___________。

（3）該電池工作時，H2和O2連續(xù)由外部供給,電池可連續(xù)不斷提供電能。因此，大量安全儲氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：

Ⅰ 2Li+H22LiH Ⅱ LiH+H2O=LiOH+H2↑

①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是_________，反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是_____。

②已知LiH固體密度為0.82g·cm-3，用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為______。

③由②生成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為___mol。

Answer 1

【答案】由b到a 2H2+4OH--4e-=4H2O或H2+2OH--2e-=2H2O O2 + 2H2O + 4e-=4OH- Li H2O 或8.71×10-4 32

【解析】

(1)原電池主要是將化學(xué)鍵轉(zhuǎn)化為電能；氫氣失去電子，為負極,氧氣獲得電子，為正極，電子由負極通過導(dǎo)線移向正極；

(2)負極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水；

(3)①根據(jù)化合價的變化判斷；②設(shè)LiH體積體積為vL，算出質(zhì)量和物質(zhì)的量，求出氣體的體積；③根據(jù)實際參加反應(yīng)的氫氣以及電極反應(yīng)式計算。

(1)燃料電池是原電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；氫氣失去電子，為負極；氧氣獲得電子，為正極；電子由負極通過導(dǎo)線移向正極，即由a到b；

(2)負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+4OH--4e-=4H2O或H2+2OH--2e-=2H2O。正極為氧氣得到電子，由于電解質(zhì)溶液為堿性，氧氣得到電子和水生成OH-，方程式為O2 + 2H2O + 4e-=4OH-；

(3) 2Li+H22LiH，氫化鋰中，Li的化合價為+1，則反應(yīng)中鋰失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，鋰是還原劑。Ⅱ LiH+H2OLiOH+H2↑，該反應(yīng)中H2O得電子生成氫氣，發(fā)生還原反應(yīng)，H2O是氧化劑；

②根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，2n(H2)=n(LiH)，用鋰吸收224 LH2，為10mol，則生成的LiH為20mol，其質(zhì)量為20mol×(7＋1)=160g，。生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為195cm3:224L≈8.7×10－4。

③20molLiH可以生成20molH2，實際參加反應(yīng)的H2為20mol%80%=16mol，1molH2轉(zhuǎn)化為1molH2O，轉(zhuǎn)移2mol電子，所以16molH2可轉(zhuǎn)移32mol的電子。