Question

18．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用．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所示的实验（图中所用电极均为惰性电极）：
（1）对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是CD．
A．a电极是负极，OH^-移向负极
B．b电极的电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
C．电池总反应式为：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2H₂O
D．电解质溶液的pH保持不变
E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
（2）如图右边装置中盛有AgNO₃溶液，当氢氧燃料电池工作一段时间后，AgNO₃溶液的pH减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）已知甲醇的燃烧热△H=-726.5kJ/mol，在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，正极的反应式为$\frac{3}{2}$O₂+6H⁺+6e^-═3H₂O．
理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为96.6%（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）．

Answer 1

分析 （1）氢氧燃料电池工作时，通入氢气的电极为负极，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，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，pH减小；
（2）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，根据方程式计算；
（3）甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极放电，酸性条件下生成水；
根据甲醇的燃烧热计算2mol甲醇完全燃烧放出的热量，结合原电池产生的电能计算．

解答 解：（1）A、a电极通入氢气，发生氧化反应，应是负极，原电池工作时OH^-移向负极，故A正确；
B、通入氧气的电极为正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故B正确；
C、电极总反应式为2H₂+O₂=2H₂O，不是在点燃的条件下反应，故C错误；
D、电解硝酸银溶液总反应式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，电池中电解质溶液的pH减小，故D错误；
E、氢氧燃料电池可分别在两级上通入氢气和氧气，是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置，故E正确．
故答案为：CD；
（2）电解硝酸银溶液，阴极发生4Ag⁺+4e^-=4Ag，阳极发生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，总反应式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，所以电解一段时间后溶液pH减小，故答案为：减小；
（2）酸性条件下甲醇燃料电池的总反应式为：CH₃OH+$\frac{3}{2}$O₂═CO₂+2H₂O①，酸性条件下该燃料电池的正极反应式为$\frac{3}{2}$O₂+6H⁺+6e^-═3H₂O②，①-②得电池负极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；该燃料电池的理论效率为$\frac{702.1KJ}{726.5KJ}$×100%=96.6%．
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；$\frac{3}{2}$O₂+6H⁺+6e^-═3H₂O；96.6%．

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，明确正负极、阴阳极上得失电子是解本题关键，难点是电极反应式的书写，题目难度中等．