Question

美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图所示；两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。

（1）a极是      极，b极是     极，电极

反应式分别为                               ，                                。

（2）飞船上宇航员的生活用水由燃料电池提供。已知这种电池发1度电时能生成350g水，试计算能量转化率。

[2H₂(g)+O₂(g)      2H₂O(l)+572kJ]

（3）这种电池的输出电压为1.2V。要使标有1.2V，1.5W的小灯泡连续发光0.5h，应消耗标准状况下的H₂多少升？

（4）氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料，往往是某些碳氢化合物，如甲烷（天然气）、汽油等。请写出将图中H₂换成CH₄时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式：                                    。此时电池内总的反应方程式为                             。

 

Answer 1

【答案】

（1）负  正    2H₂+4OH^—-4e＝4H₂O     O₂+2H₂O+4e^—＝4OH^—

（2）64.7%   

（3）0.327L

（4）CH₄+10OH^—-8e^—＝CO₃^2—+7H₂O       CH₄+2O₂+2OH^—＝CO₃^2—+3H₂O

【解析】

试题分析：（1）原电池中负失去电子，发生氧化反应。正极得到电子，发生还原反应。所以氢气在负极通入，氧气在正极通入，因此a是氢氧燃料电池负极，b是正极。由于电解质溶液是氢氧化钾溶液，所以负极电极反应式是2H₂+4OH^—-4e＝4H₂O，正极电极反应式是O₂+2H₂O+4e^—＝4OH^—。

（2）350g水的物质的量是350g÷18g/mol=19.4mol，每生成2mol的水放出的热量是572kJ，所以理论上生成350g水应该放出的热量是（19.4mol÷2）×572kJ/mol＝5561kJ。而一度电能量是3.6×10⁶J，所以能量转化率就是3.6×10⁶J÷5561000×100%＝64.7%。

（3）W＝Pt＝1.5 J/s×1800 s＝2.7kJ

所以消耗标准状况下H₂的体积为

（4）甲烷的燃烧产物是CO₂和水，在碱性溶液中CO₂和氢氧化钾反应生成碳酸钾，所以负极电极反应式是CH₄+10OH^—-8e^—＝CO₃^2—+7H₂O，总的反应式是CH₄+2O₂+2OH^—＝CO₃^2—+3H₂O。

考点：考查电化学原理的综合应用

点评：该题是高考中的常见题型，为中等难度的试题。试题基础性强，难易适中，有利于考查学生答题能力，也有利于培养学生的逻辑思维能力，特别是思维的严谨性，提高学生的学习效率。