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精英家教网氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置.图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,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
 
,在导线中电子流动方向为
 
(用a、b表示).
(2)负极反应式为
 
.
(3)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
  △  
.
 
2LiH
Ⅱ.LiH+H2O═LiOH+H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是
 
,反应Ⅱ中的氧化剂是
 
.
②已知LiH固体密度为 0.82g/cm3.用锂吸收 224L(标准状况)H2,生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为
 
.
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
 
.
分析:(1)燃料电池的工作原理属于原电池原理,是化学能转化为电能的装置,原电池中,电流从正极流向负极,电子流向和电流流向相反;
(2)燃料电池中,通入燃料的电极是负极,通氧气的电极是正极;
(3)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)该题目中,氢氧燃料电池的工作原理属于原电池原理,是将化学能转化为电能的装置,在原电池中,电流从正极流向负极,而通入燃料氢气的电极是负极,通氧气的电极是正极,所以电子由a到b,故答案为:化学能转化为电能;由a到b;
(2)燃料电池中,通入燃料氢气的电极是负极,发生失电子的氧化反应,即2H2+4OH--4e-═4H2O或H2+2OH--2e-═2H2O,
故答案为:2H2+4OH--4e-═4H2O或H2+2OH--2e-═2H2O;
(3)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=
m
ρ
=
20×7.9g
0.82×103L
=197.5×10-3L,
V(LiH)
V(H2)
=
197.5×10-3L
224L
=8.82×10-4,故答案为:8.82×10-4;
③20molLiH可生成20molH2,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:32mol.
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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(1)AgNO3的水溶液呈
酸
酸
(填“酸”、“中”、“碱”)性,原因是(用离子方程式表示):
Ag++H2O AgOH+H+
Ag++H2O AgOH+H+
;实验室在配制AgNO3的溶液时,常将AgNO3固体先溶于较浓的
硝酸
硝酸
中,然后再用蒸馏水稀释到所需的浓度.若用惰性电极电解AgNO3的水溶液,请写出电池反应的离子方程式
4Ag++2H2O
 通电 
.
 
4Ag+O2↑+4H+
4Ag++2H2O
 通电 
.
 
4Ag+O2↑+4H+
,
(2)常温下,某纯碱(Na2CO3)溶液中滴入酚酞,溶液呈红色.在分析该溶液遇酚酞呈红色原因时,甲同学认为是配制溶液所用的纯碱样品中混有NaOH所至;乙同学认为是溶液中Na2CO3电离出的CO32-水解所至.请你设计一个简单的实验方案给甲和乙两位同学的说法以评判(包括操作、现象和结论)
向红色溶液中加入足量BaCl2溶液
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如果溶液还显红色说明甲正确,红色褪去说明乙正确
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(3)常温下,取pH=2的盐酸和醋酸溶液各100mL,向其中分别加入适量的Zn粒,反应过程中两溶液的pH变化
如右图所示.则图中表示醋酸溶液中pH变化曲线的是
B
B
(填“A”或“B”).设盐酸中加入的Zn质量为m1,醋酸溶液中加入的Zn质量为m2.则m1
<
<
m2
(选填“<”、“=”、“>”)
(4)钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一.
①钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为:负极:
2Fe=2Fe2++4e-
2Fe=2Fe2++4e-
正极:
O2+2H2O+4e-=4OH-
O2+2H2O+4e-=4OH-
;
②为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用
C
C
.
A.铜       B.钠
C.锌              D.石墨
③图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的
负
负
极.
(5)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,铂吸附气体的能力强,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
化学能转变为电能
,在导线中电子流动方向为
a→b
a→b
(用a、b表示).
②负极反应式为
2H2+4OH-=4H2O+4e-
2H2+4OH-=4H2O+4e-
.
③电极表面镀铂粉的原因为
增大电极单位面积吸附H2、O2分子数,加快电极反应速率
增大电极单位面积吸附H2、O2分子数,加快电极反应速率
.

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