Question

【題目】氫能是一種新型能源，氫氧燃料電池的能量轉化效率高。某學習小組設計如圖A所示的氫氧燃料電池裝置，電流由石墨極(C極)經外電路流向鉑極(Pt極)。

請回答下列問題:

(1)向圖A裝置中充入氫氣的一極是____(填“鉑極”或“石墨極”)，電子流向是________

(2)A裝置在能量轉化過程中，負極的電極反應式為________

(3)若A裝置消耗11.2L氧氣(標準狀況)，理論上有____molH+從交換膜________側向________側遷移(填“左”或“右”)。

(4)某金屬合金是優質儲氫材料，金屬氫化物鎳電池(MH-Ni電池)具有廣泛應用價值。如圖B以KOH為電解質，電池反應為NiOOH+MHNi(OH)2+M。在放電時正極的電極反應式為________。

Answer 1

【答案】鉑極 由鉑極流出經外電路流向石墨極 H2-2e－=2H+ 2 左 右 NiOOH+e－+H2O=Ni(OH)2+OH-

【解析】

裝置A為燃料電池，燃料電池中，通入燃料的一極為負極，通入空氣或氧氣的一極為正極，則氫氧燃料電池中，通入燃料氫氣的一極為負極，電極反應為：H2-2e－=2H+，通入氧氣的一極為正極，電極反應為：O2+4e-+4H+=2H2O，原電池中，電流由正極流向負極，電子的流向與電流方向相反，據此分析解答；

裝置B為金屬氫化物鎳電池(MH-Ni電池)，根據電池總反應電池反應為NiOOH+MHNi(OH)2+M，放電時，正極得電子，發生還原反應，據此分析解答。

(1)根據分析，氫氧燃料電池中，通入燃料氫氣的一極為負極，原電池中，電流由正極流向負極，已知電流由石墨極(C極)經外電路流向鉑極(Pt極)，則石墨極(C極)為正極，鉑極(Pt極)負極，則A中充入氫氣的一極是鉑極，電子流向與電流的方向相反，則電流是由鉑極流出經外電路流向石墨極；

(2)因為電解質為硫酸，所以，A裝置在能量轉化過程中，負極的電極反應式為H2-2e－=2H+；

(3)根據電極反應：O2+4e-+4H+=2H2O、H2-2e－=2H+，消耗1mol即標況下22.4L氧氣，轉移4mol電子，產生4molH+，則A裝置消耗11.2L氧氣(標準狀況)，理論上負有2molH+產生，而正極消耗2molH+，并且使用的是質子交換膜，則有2molH+從交換膜左側向右側遷移；

(4)原電池放電時，正極得電子，發生還原反應，根據電池總反應電池反應為NiOOH+MHNi(OH)2+M可知，Ni元素由+4價變為+2價，得電子被還原，則正極的電極反應式為NiOOH+e－+H2O=Ni(OH)2+OH-。