题目内容

5．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径．
（1）氢氧燃料电池是将H2通入负极，O2通入正极而发生电池反应的，其能量转换率高．
①若电解质溶液为KOH，其负极反应为H2+2OH--2e-=2H2O，电池总反应为2H2+O2=2H2O．
②若电解质溶液为硫酸，其正极反应为O2+4H++4e-=2H2O，负极反应为H2-2e-=2H+；
（2）近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过．其工作原理的示意图如图：
请回答下列问题：
①Pt（a）电极是负 极，电极反应式为CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；
②Pt（b）电极发生还原反应（填“氧化”或“还原”）．
③该电池的总反应方程式为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O．
④如果该电池工作时电路中通过3mol电子，则消耗掉的CH3OH有0.5mol．

分析 （1）①若电解质溶液为KOH溶液时，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，总反应为燃烧反应；
②酸性条件下，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，负极上氢气失电子生成氢离子；
（2）①该原电池中质子交换膜只允许质子和水分子通过，说明电解质溶液为酸性溶液，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应；
②通入氧化剂的电极为正极，正极上得电子发生还原反应；
③原电池反应的实质为氧化还原反应，甲醇被氧化生成二氧化碳和水；
④根据甲醇和转移电子之间的关系式计算．

解答 解：（1）①若电解质溶液为KOH溶液时，正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应式为H2+2OH--2e-=2H2O，总反应为：2H2+O2=2H2O，故答案为：H2+2OH--2e-=2H2O；2H2+O2=2H2O；
②酸性条件下，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，负极上氢气失电子生成氢离子，电极反应式为H2-2e-=2H+，
故答案为：O2+4H++4e-=2H2O；H2-2e-=2H+；
（2）①该原电池中质子交换膜只允许质子和水分子通过，说明电解质溶液为酸性溶液，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电解方程式为CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+，故答案为：负；CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；
②通入氧化剂的电极为正极，正极上得电子发生还原反应，电极方程式为O2+4H++4e-═2H2O，故答案为：还原；
③原电池反应的实质为氧化还原反应，甲醇被氧化生成二氧化碳和水，电池总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，故答案为：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O；
④由电极方程式CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+可知，如果该电池工作时电路中通过3mol电子，则消耗的CH3OH有0.5mol，故答案为：0.5．

点评 本题考查了燃料电池，根据离子交换膜通过的微粒确定电解质溶液的酸碱性，再结合正负极上发生的反应来分析解答，题目难度不大．

练习册系列答案
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15．研究PM 2.5、SO2、NOx等，对监测空气质量具有重要意义．取某样本用蒸馏水处理制成待测液，其中所含离子的化学组分及其浓度如下表：
离子K+Na+NH4+H+SO42-NO3-Cl-
浓度/mol•L-14×10-66×10-62×10-5  a4×10-53×10-52×10-5
请回答下列问题：
（1）NO3-中心原子的杂化类型是sp2，离子中所含大π键是π46．
（2）根据表中数据计算此待测液中c（H+）浓度a为1×10-4mol/L．
（3）NOx是汽车尾气中的主要污染物之一．
①NOx能形成酸雨，由NO2形成的酸雨中含有的主要离子有H+、NO3-．
②汽车发动机工作时的高温会引发N2和O2反应，反应的化学方程式是N2+O2═2NO，在汽车尾气系统中加装催化转化器可减少NOx的污染．
（4）为减少SO2的排放，常采取的措施有：
①在燃煤中加入生石灰可以起到固硫的作用，SO2被吸收后转化成一种硫元素的最高价态的化合物，该物质的化学式是CaSO4．
②吸收烟气中的SO2，以下物质可作吸收剂的是a（填序号），写出吸收SO2过程中发生的一个反应的离子方程式2OH-+SO2═SO32-+H2O或OH-+SO2═HSO3-．
a．NaOH    b．H2SO4    c．NaHSO3．
16．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列叙述正确的是（　　）
A．标准状况下，22.4LNO与0.5molO2充分反应，最后得到NA个NO2分子
B．1.0L  0.5mol/L的NaAlO2水溶液中含有氧原子数为NA
C．0.6gCaCO3与Mg3N2的混合物中所含质子数为0.3NA
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13．某温度下，在76g水中溶解24g CuSO4，恰好达到饱和，假设该溶液密度为1g•cm-3，求：
（1）该溶液中溶质的质量分数；
（2）该溶液中溶质的物质的量浓度；
（3）取10mL该溶液加水稀释至200mL，稀释后的溶液物质的量浓度为多少？
20．下列叙述正确的是（　　）
A．电解池将化学能转化为电能
B．在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应
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D．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极气体产物的物质的量之比为1：2
10．依据氧化还原反应：Cu+2Fe3+═Cu2++Fe3+设计的原电池如图．请回答下列问题：
（1）电极X的材料是Cu，电解质溶液Y是FeCl3溶液．
（2）银电极为电池的正极，发生的电极反应为Fe3++2e-=Fe2+；X电极上发生的电极反应为Cu-2e-=Cu2+．
（3）外电路中的电子是从Cu电极流向Ag电极．
17．常温下，某溶液中水的电离度a=10-10/55.5（%），该溶液的pH可能是（　　）
A．12B．10C．4D．3
14．铁是日常生活中广泛应用的金属．亚铁离子是血红蛋白的主要成分，它肩负着输送O2的重任．
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（2）钢铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀，且与空气的接触面积越大，腐蚀程度越大，写出钢铁腐蚀过程中正极的反应式O2+4e-+2H2O=4OH-．
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（4）X有如图转化关系（无关物质已经略去）：[X]$→_{高温煅烧}^{足量氧气}$[固体Y]$\stackrel{过量盐酸}{→}$[溶液甲]$\stackrel{双氧水}{→}$[溶液乙]
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15．下列变化中，需加入氧化剂方能实现的是（　　）
A．MnO4-→Mn2+B．NaCl→AgClC．SO32-→SO42-D．Cu2+→Cu

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