Question

15．化学在能源开发与利用中起到十分关键的作用．氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料．氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景．现用氢氧燃料电池进行如图实验（图中所用电极均为惰性电极）
（1）电极a为负极（填“正”或“负”），溶液中OH^-移向a极（填a或b）；
（2）电极b处所发生的电极反应方程式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（3）随着反应的进行，氢氧燃料电池内部溶液的PH将减小（填“增大”或“减小”）；
（4）c极为阳（填“阴”或“阳”）极，电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（5）如图装置中盛有100mL0.1mol•L^-1AgNO₃溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112mL（标准状况下）时，则此时右图装置中溶液的c（H⁺）=0.1mol/L．（溶液体积变化忽略不计）
（6）氢氧燃料电池的优点无污染．

Answer 1

分析 氢氧燃料电池工作时，通入氢气的电极为负极即a极，发生氧化反应，在碱性溶液中，电极方程式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧气的电极为正极即b极，发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，总反应式为2H₂+O₂=2H₂O，电解硝酸银溶液，与a极相连的d为阴极发生4Ag⁺+4e^-=4Ag，与b极相连的c为阳极发生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，总反应式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，据此分析解读．

解答 解：氢氧燃料电池工作时，通入氢气的电极为负极即a极，发生氧化反应，在碱性溶液中，电极方程式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧气的电极为正极即b极，发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，总反应式为2H₂+O₂=2H₂O，电解硝酸银溶液，与a极相连的d为阴极发生4Ag⁺+4e^-=4Ag，与b极相连的c为阳极发生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，总反应式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，
（1）根据以上分析，电极a为负极，溶液中OH^-移向a极，故答案为：负；a；
（2）电极b处所发生的电极反应方程式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（3）因为总反应式为2H₂+O₂=2H₂O，则随着反应的进行，碱性减弱，所以氢氧燃料电池内部溶液的PH将减小，故答案为：减小；
（4）c极为阳极，电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案为：阳；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（5）电解硝酸银溶液，阴极发生4Ag⁺+4e^-=4Ag，阳极发生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
总反应式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，当氢氧燃料电池中消耗氢气112mL（标准状况下）时，
n（H₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，由电极方程式H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O可知转移电子0.01mol，由电解AgNO₃的总反应式可知，转移4mol电子，生成4mol硝酸，因此转移0.01mol电子，产生硝酸0.01mol，c（H⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，故答案为：0.1mol/L；
（6）氢氧燃料电池的优点无污染，故答案为：无污染．

点评 本题考查电化学知识，为高考常见题型，侧重于考查学生综合运用化学知识的能力和分析问题的能力，题目难度中等．