Question

9．氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节．回答下列问题：
（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高氢气直接燃烧的能量
转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（2）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为将光能转化为化学能
（3）化工生产的副产氢也是氢气的来源．电解法制取有广泛用途的Na₂FeO₄，同时获得氢气：Fe+2H₂O+2OH^-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂，工作原理如图1所示．若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质．已知：Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，易被H₂还原．

①电解过程中，阳极电极反应式：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O
②c（Na₂FeO₄）随初始c（NaOH）的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c（Na₂FeO₄）低于最高值的原因：M点：c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢（或N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低）．

Answer 1

分析 （1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点有污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高等；碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）利用太阳能直接分解水制氢，是将光能转化为化学能；
（3）①阳极发生氧化反应，铁失电子生成高铁酸根离子；
②根据题意Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，在M点，c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢，在N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低．

解答 解：（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点有污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高等；碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，
故答案为：污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高；H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）利用太阳能直接分解水制氢，是将光能转化为化学能，
故答案为：将光能转化为化学能；
（3）①阳极发生氧化反应，铁失电子生成高铁酸根离子，电极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
②根据题意Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，在M点，c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢，在N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低，
故答案为：M点：c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢（或N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低）．

点评 本题考查电解池原理，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，注意阳极发生的反应，题目难度中等．