Question

8．2015年CES消费电子展开幕前夕，丰田汽车公司宣布将会开放氢燃料电池技术专利的使用权，并正式发布量产型氢燃料电池轿车Mirai．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置．如图3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．
（1）该电池的负极反应式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O
（2）氢气的制备和存储是氢氧燃料电池能否有效推广的关键技术．有人提出利用光伏发电装置电解尿素的碱性溶液来制备氢气．光伏发电是当今世界利用太阳能最主要方式之一．图1为光伏并网发电装置，图2为电解尿素[CO（NH₂）₂]（C为+4价）的碱性溶液制氢的装置示意图（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）．
①图1中N型半导体为负极（“正极”或“负极”）
②该系统工作时，A极的电极反应式为CO（NH₂）₂+80H^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O
③若A极产生7.00g N₂，则此时B极产生16.8L H₂（标况下）．

Answer 1

分析 （1）该电池的负极是氢气在碱性条件下发生氧化反应；
（2）该电池反应时中，氮元素化合价由-3价变为0价，H元素化合价由+1价变为0价，所以生成氮气的电极A是阳极，生成氢气的电极B是阴极，结合电解池的工作原理分析解答．

解答 解：（1）该电池的负极是氢气在碱性条件下发生氧化反应，电极反应式为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（2）①该电池反应时中，氮元素化合价由-3价变为0价，H元素化合价由+1价变为0价，则氮元素被氧化，氢元素被还原，所以生成氮气的电极A是阳极，生成氢气的电极B是阴极，则图1中N型半导体为负极，P型半导体为正极，故答案为：负极；
②A极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为：CO（NH₂）₂+80H^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，故答案为：CO（NH₂）₂+80H^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
③若A极产生7.00g N₂，氮气的物质的量为：$\frac{7g}{28g/mol}$=0.25mol，转移电子的物质的量为：0.25mol×6=1.5mol，所以生成氢气的物质的量为：$\frac{1.5}{2}$mol=0.75mol，则体积为：0.75mol×22.4L/mol=16.8L，故答案为：16.8．

点评 本题考查了电解原理，明确元素化合价变化与阴阳极的关系是解本题关键，根据电解池的工作原理来分析解答，难度中等．