题目内容

20．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置．如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，吸附气体的能力强，性质稳定．请回答：
（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是化学能转变为电能，在导线中电子流动方向为a到b（用a、b表示）．
（2）负极反应式为2H2+4OH--4e-═4H2O．
（3）电极表面镀铂粉的原因为增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率．
（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能．因此，大量安全储氢是关键技术之一．金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
I．2Li+H2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH
Ⅱ．LiH+H2O═LiOH+H2↑
①反应I中的还原剂是Li．反应Ⅱ中的氧化剂是H2O．
②已知LiH固体密度为0.82g/cm3．用镁吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为8.82×10-4．
③由②生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为32mol．

分析 （1）氢氧燃料电池为化学能转化为电能的装置，通入氢气的一极为原电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电子由外电路流向正极；
（2）碱性溶液中负极反应为2H2-4e-+4OH-=4H2O，正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池总反应都为2H2+O2=2H2O；
（3）固体的表面积越大，反应速率越大；
（4）①从化合价的变化的角度分析；
②根据反应的电极方程式计算；
③根据实际参加反应的氢气以及电极反应式计算．

解答 解：（1）该装置是把化学物质中的能力转化为电能，所以是化学能转变为电能；在原电池中，负极上失电子，正极上得电子，电子的流向是从负极流向正极，所以是 由a到b，
故答案为：化学能转变为电能；a到b；
（2）碱性环境中，该反应中负极上氢气失电子生成氢离子，电极反应式为H2+2OH--2e-═2H2O，故答案为：2H2+4OH--4e-═4H2O；
（3）电极表面镀铂粉，增大了电极单位面积吸附H2、O2的分子数，使反应物的浓度增大，反应速率加快，
故答案为：增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率；
（4）①Li从零价升至+1价，作还原剂，H2O的H从+1降至H2中的零价，作氧化剂，故答案为：Li；H2O；
②由反应I，当吸收10molH2时，则生成20molLiH，V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{20mol×8g/mol}{0.82×10{\;}^{3}g/L}$=197.5×10-3L．$\frac{V（LiH）}{V（H{\;}_{2}）}$=$\frac{197.5×10-3L}{224L}$=8.82×10-4，
故答案为：8.82×10-4；
③20mol LiH可生成20mol H2，实际参加反应的H2为20mol×80%=16mol，1molH2转化成1molH2O，转移2mol电子，所以16molH2可转移32mol的电子，
故答案为：32．

点评 本题考查化学电源的工作原理及有关计算，题目难度较大，注意原电池电极反应式的书写以及从电子守恒的角度计算．

练习册系列答案
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达平衡时，CH4的转化率与温度、压强的关系如图所示．
①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为0.0030mol•L-1•min-1．
②该反应的△H＞0，△S＞0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）在压强为0.1MPa条件下，a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H＜0 （Ⅱ）
若容器的容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是BD（填序号）．
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D．放电过程中钠离子从左到右通过离子交换膜
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