题目内容
被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点．如图1为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中
不断地产生电流．试回答下列问题：
（1）写出氢氧燃料电池工作时正极电极反应方程式：
（2）若将此燃料电池改为以肼（ N2H4）和氧气为原料（其他条件不变），工作时（产物为N2，H2O）负极电极反应式为
（3）用上述氢氧燃料电池作直流电源进行电解，装置如图2所示．若通电5min时，铜电极质量增加2.16g．试回答：
①电源中Y电极为直流电源的 极．（填“正”或“负”）
②通电5min后B中pH变化： ，（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③通电5min时氢氧燃料电池中，理论上消耗标准状况下 L氧气．
④A中KCl溶液体积也是200mL，通电5min后，溶液的OH-浓度 mol?L-1（设电解前后溶液体积无变化且KCl有剩余）．
⑤通电5min时，B中共收集224mL气体（标况），溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为 （设电解前后溶液体积无变化）．
不断地产生电流．试回答下列问题：
（1）写出氢氧燃料电池工作时正极电极反应方程式：
（2）若将此燃料电池改为以肼（ N2H4）和氧气为原料（其他条件不变），工作时（产物为N2，H2O）负极电极反应式为
（3）用上述氢氧燃料电池作直流电源进行电解，装置如图2所示．若通电5min时，铜电极质量增加2.16g．试回答：
①电源中Y电极为直流电源的
②通电5min后B中pH变化：
③通电5min时氢氧燃料电池中，理论上消耗标准状况下
④A中KCl溶液体积也是200mL，通电5min后，溶液的OH-浓度
⑤通电5min时，B中共收集224mL气体（标况），溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为
考点：化学电源新型电池,电解原理
专题：电化学专题
分析：（1）氢氧燃料电池中，电解质溶液为碱，则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子；
（2）肼--空气燃料电池是一种碱性燃料电池，工作时，负极上肼失电子发生氧化反应；
（3）①由铜电极的质量增加，则Cu电极为阴极，可知X为电源的负极，Y为正极；
②根据电解质溶液中氢离子浓度变化来判断pH变化；
③根据Cu电极的质量变化求出转移的电子，根据电子守恒求算氧气；
④根据A中的电极反应及与C中转移的电子守恒来计算电解后溶液的氢氧根离子的物质的量浓度；
⑤根据电极反应及电子守恒来计算通电前CuSO4溶液的物质的量．
（2）肼--空气燃料电池是一种碱性燃料电池，工作时，负极上肼失电子发生氧化反应；
（3）①由铜电极的质量增加，则Cu电极为阴极，可知X为电源的负极，Y为正极；
②根据电解质溶液中氢离子浓度变化来判断pH变化；
③根据Cu电极的质量变化求出转移的电子，根据电子守恒求算氧气；
④根据A中的电极反应及与C中转移的电子守恒来计算电解后溶液的氢氧根离子的物质的量浓度；
⑤根据电极反应及电子守恒来计算通电前CuSO4溶液的物质的量．
解答：
解：（1）氢氧燃料电池中，电解质溶液为碱，则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，则其电极反应式为：2H2O+O2+4e-═4OH-；
故答案为：2H2O+O2+4e-═4OH-；
（2）肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池工作时，负极上肼失电子发生氧化反应，电极反应式为N2H4-4e-+4OH-═N2↑+4H2O，
故答案为：N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O；
（3）①由铜电极的质量增加，发生Ag++e-=Ag，则Cu电极为阴极，可知X为电源的负极，Y为正极，故答案为：正；
②B中阴极上铜离子放电，阳极上氢氧根离子放电，则溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH减小，
故答案为：减小；
③由铜电极的质量增加2.16g，发生Ag++e-=Ag，则银的物质的量为0.02mol，转移电子为0.02mol，已知2H2O+O2+4e-═4OH-，则消耗的氧气为0.005mol，即0.112 L；
故答案为：0.112；
④由A中发生2KCl+2H2O
2KOH+H2↑+Cl2↑～2e-，
由电子守恒可知，转移0.02mol电子时生成0.02molKOH，忽略溶液体积的变化，
则c（OH-）=
=0.1mol?L-1，
故答案为：0.1；
⑤由电子守恒可知，转移0.02mol电子时，B中阳极反应为4OH--4e-═2H2O+O2↑，则转移0.02mol电子生成氧气为0.005mol，其体积为0.005mol×22.4L/mol=0.112L=112mL，
则在阴极也生成112mL气体，由2H++2e-═H2↑，则氢气的物质的量为0.005mol，该反应转移的电子为0.01mol，
则Cu2++2e-═Cu中转移0.01mol电子，所以Cu2+的物质的量为0.005mol，通电前c（CuSO4）=
=0.025 mol?L-1；
故答案为：0.025 mol?L-1．
故答案为：2H2O+O2+4e-═4OH-；
（2）肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池工作时，负极上肼失电子发生氧化反应，电极反应式为N2H4-4e-+4OH-═N2↑+4H2O，
故答案为：N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O；
（3）①由铜电极的质量增加，发生Ag++e-=Ag，则Cu电极为阴极，可知X为电源的负极，Y为正极，故答案为：正；
②B中阴极上铜离子放电，阳极上氢氧根离子放电，则溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH减小，
故答案为：减小；
③由铜电极的质量增加2.16g，发生Ag++e-=Ag，则银的物质的量为0.02mol，转移电子为0.02mol，已知2H2O+O2+4e-═4OH-，则消耗的氧气为0.005mol，即0.112 L；
故答案为：0.112；
④由A中发生2KCl+2H2O
| ||
由电子守恒可知，转移0.02mol电子时生成0.02molKOH，忽略溶液体积的变化，
则c（OH-）=
| 0.02mol |
| 0.2L |
故答案为：0.1；
⑤由电子守恒可知，转移0.02mol电子时，B中阳极反应为4OH--4e-═2H2O+O2↑，则转移0.02mol电子生成氧气为0.005mol，其体积为0.005mol×22.4L/mol=0.112L=112mL，
则在阴极也生成112mL气体，由2H++2e-═H2↑，则氢气的物质的量为0.005mol，该反应转移的电子为0.01mol，
则Cu2++2e-═Cu中转移0.01mol电子，所以Cu2+的物质的量为0.005mol，通电前c（CuSO4）=
| 0.005mol |
| 0.2L |
故答案为：0.025 mol?L-1．
点评：本题考查电解原理的应用，明确Cu电极的质量增加是解答本题的突破口，并明确发生的电极反应及电子守恒即可解答，题目难度中等．
练习册系列答案
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