Question

8．通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，试回答下列问题：
（1）在酸式介质中，负极材料为石墨，正极材料为石墨，酸式电池的电极反应：负极：2H₂-4e^-=4H⁺，正极：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．电解质溶液PH的变化变大（填“变大”，“变小”，“不变”）
（2）在碱式介质中，碱式电池的电极反应：负极：2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O，正极：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-
电解质溶液PH的变化变小（填“变大”，“变小”，“不变”）
（3）氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列有关说法不正确的是C．
A．太阳光催化分解水制氢气比电解水气氢气更为科学
B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境
C．以稀H₂SO₄、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同
D．以稀H₂SO₄、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同
（4）纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池，该电池的总反应式为：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充电}^{放电}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH．
①该电池放电时负极反应式为Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂．
②放电时每转移3mol电子，正极有1 mol K₂FeO₄被还原．
（5）锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位．电池反应式为：Li_1-xMnO₄+Li_x$?_{充电}^{放电}$LiMnO₄，下列有关说法不 正确的是C．
A．放电时电池的正极反应式为：Li_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-═LiMnO₄
B．放电过程中，石墨没有得失电子
C．该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作
D．充电时电池上标有“-”的电极应与外接电源的负极相连．

Answer 1

分析 （1）在酸性氢氧燃料电池中电极本身不放电，氢气在负极失电子，被氧化，氧气在正极得电子，被还原；
（2）在碱式介质中，氢气失去电子生成氢离子，氢离子结合氢氧根离子生成水；
（3）A、太阳能催化分解水制氢气将太阳能直接转化为化学能；
B、氢氧燃料电池产物无污染；
C、以稀H₂SO₄、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极在不同介质中反应式不同；
D、以稀H₂SO₄、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同；
（4）①放电时，负极上锌失电子发生氧化反应；
②放电时，正极上1molK₂FeO₄得3mol电子发生还原反应生成1molFe（OH）₃；
（5）放电时的反应为Li_1-xMnO₄+Li_x=LiMnO₄，化合物中Li元素的化合价降低，单质L中i元素的化合价升高，结合原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应来解答．

解答 解：（1）在酸性氢氧燃料电池中，石墨作电极，在负极由氢气失电子生成氢离子，电极反应为2H₂-4e^-=4H⁺；在正极由氧气得电子生成氢氧根离子，生成的氢氧根离子结合氢离子生成水，电极反应为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，由于正负极消耗与生成的氢离子等量，所以氢离子的总量不变，而总电极反应式为2H₂+O₂2H₂O，水的总量增加，故PH变大，
故答案为：石墨；石墨；2H₂-4e^-=4H⁺；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；变大；
（2）在碱式介质中，氢气在负极失去电子生成氢离子，氢离子结合氢氧根离子生成水，电极反应式为2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O；氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，由于正负极消耗与生成的氢氧根离子等量，所以氢氧根离子的总量不变，而总电极反应式为2H₂+O₂=2H₂O，水的总量增加，故PH变小，
故答案为：2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；变小；
（3）A、电解获得H₂消耗较多的能量，而在催化剂作用下利用太阳能来分解H₂O获得H₂更为科学，故A正确；
B、氢氧燃料电池产物H₂O无污染，能有效保护环境，故B正确；
C、以稀H₂SO₄、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式分别为：H₂-2e^-═4H⁺，H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，不相同，故C错误；
D、以稀H₂SO₄、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式均为2H₂+O₂=2H₂O，故D正确．
故选C；
（4）①放电时，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，故答案为：Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂；
②放电时，正极上1molK₂FeO₄得3mol电子发生还原反应生成1molFe（OH）₃，所以每转移3 mol电子，正极有1molK₂FeO₄被还原，故答案为：1；
（5）A、根据总反应式可知Li失去电子，电池负极反应式为：xLi-xe^-═xLi⁺，由总反应式减去负极反应式可得放电时的正极反应式为Li_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-═LiMnO₄，故A正确；
B、放电过程中，根据总反应式Li_1-xMnO₄+Li_x$?_{充电}^{放电}$LiMnO₄，可判断石墨没有电子得失，故B正确；
C、Li能与KOH溶液中的H₂O反应，导致电池无法正常工作，故C错误；
D、充电过程是放电的逆向过程，外界电源的负极提供的电子使原电池负极获得电子发生还原反应，所以标有“-”的电极应与外接电源的负极相连，故D正确．
故答案为：C．

点评 本题考查电解池与原电池，需要明确电极反应中放电为原电池，而充电为电解池，氢氧燃料电池的负极在不同介质中反应式不同，题目难度较大．