Question

【题目】燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染轻等优点，己成为一种发展前景十分广阔的化学电源。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，它可以使用不同的电解质，如酸式、碱式、熔融碳酸盐、固体电解质等。回答以下问题：

(1)通入氧气的一极为___________极，若电解质溶液为硫酸溶液，负极反应式为________________，若电解质溶液为KOH溶液，正极反应式为__________________ 。

(2)若将氢气改为CH4，电解质溶液为KOH溶液，此时负极反应式为：_________________，—段时间后，电解质溶液的pH将_________________(填“升高”、“降低”或“不变”）。

(3)肼(N2H4)-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。己知N2H4燃烧产物之一为空气中含量最高的一种气体。

①胼-空气燃料电池放电时：负极的电极反应式为：_____________________。

②假设使用肼-空气燃料电池作为下图电解过程的电源，当阴极增重1.28 g，则肼-空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气____________L。（假设空气中氧气体积分数为20%)

Answer 1

【答案】 正 H2-2e-=2H+ O2+4e-+2H2O=4OH- CH4+100H+-8e-=CO32-+7H2O- 降低 N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑ 1.12

【解析】（1）燃料电池中通入氧化剂的一极为正极，故氢氧燃料电池中通入氧气的一极为正极；H2失电子发生氧化反应，若电解质溶液为硫酸溶液，则负极反应为H2-2e-=2H+；O2得电子发生还原反应，若电解质溶液为KOH溶液，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。

（2）若将氢气改为CH4，CH4中则-4价C元素被氧化为+4价，电解质溶液为KOH溶液，OH-参与负极反应，此时负极反应式为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；总反应为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，反应消耗OH-，—段时间后，电解质溶液的pH将降低。

（3）①肼(N2H4)-空气碱性燃料电池，总反应为：N2H4+O2=N2+H2O，负极上N2H4失电子，氢氧根离子参与反应，生成水和氮气，电极反应式为N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑。②电池放电时正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，以该燃料电池做电源，铜作阳极电解硫酸铜溶液时，阴极反应Cu-2e-=Cu2+，当阴极增重1.28 g时，生成0.02molCu，转移0.04mol电子，根据电子守恒，有0.01mol氧气反应，则需要标准状况下空气的体积=0.01mol×22.4Lmol-1÷20%=1.12L。