Question

【題目】I.被譽為改變未來世界的十大新科技之一的燃料電池。 右圖為氫氧燃料電池的結構示意圖，電解質溶液為KOH溶液，電極材料為疏松多孔石墨棒．當氧氣和氫氣分別連續不斷地從正、負兩極通入燃料電池時，便可在閉合回路中不斷地產生電流．

試回答下列問題：

(1)燃料電池的優點是________；電解質溶液中的OH-移向______極(填“負”或“正”)．

(2)寫出氫氧燃料電池工作時正極反應式：_______________________。

(3)若將此燃料電池改進為直接以甲烷和氧氣為原料進行工作時，負極反應式為___________．

(4)利用該裝置可以處理氮的氧化物和NH3 尾氣,總反應為：6NO2 +8NH3=7N2+12H2O，負極反應式為__________。

II.將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池，若該電池中兩電極的總質量為80 g，工作一段時間后，取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重，總質量為41g，試計算：

（1）產生氫氣的體積(標準狀況)為________________；

（2）通過導線的電子數為__________（用NA表示）．

Answer 1

【答案】 能量利用率高，綠色無污染 負 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 2NH3 -6e- +6OH-=N2+6H2O 13.44 L 1.2NA

【解析】（1）因為是氧氣和氫氣的燃料電池，產物為水，并且氧氣和氫氣的燃燒放出的熱量高，所以(1)燃料電池的優點是能量利用率高，綠色無污染。根據原電池工作原理，在電解質溶液中，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動。所以答案為：能量利用率高，綠色無污染 負。

(2) 正極上是氧氣得電子和水生成氫氧根離子，發生還原反應，所以電極反應式為2H2O+O2+4e-=4OH-。氫氧燃料電池正極反應式：2H2O+O2+4e-=4OH-。

（3）因為是在堿性溶液中，正極上仍然是氧氣得電子和水生成氫氧根離子，發生還原反應，所以電極反應式為2O2+4H2O+8e-=8OH-，負極上是甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，所以電極反應式為CH4＋10OH－－8e－=CO＋7H2O。答案：CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O

(4)根據原電池工作原理，氧化劑做正極，還原劑做負極。由6NO2 +8NH3=7N2+12H2O判斷NO2為氧化劑，NH3為還原劑。所以負極反應式為2NH3 -6e- +6OH-=N2+6H2O。

II. （1）將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池，鋅做負極失電子發生氧化反應；硫酸中的氫離子做氧化劑得電子發生還原反應。若該電池中兩電極的總質量為80g，工作一段時間后，取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重，總質量為41g，質量減少了39g，根據原電池工作原理知道減少的質量是鋅失電子，變成鋅離子。根據電子守恒FeH2產生標準狀況下氫氣的體積為39g/65g.mol-122.4l.mol-1= 13.44 L。

（2）通過導線的電子數為39g/65g.mol-12NA=1.2NA