Question

14．2010年10月上海世博会临近结束的时刻，燃料电池车成为世博会上冉冉升起的新星．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在氧化过程中把化学能直接转化为电能．氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转变为电能，而不经过热能这一中间形式，它已用于宇宙飞船及潜艇中．
（1）阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反应为2H₂+O₂═2H₂O，电解液为KOH溶液，反应保持在较高温度使H₂O蒸发．下列叙述正确的是D．
A．此电池能发出蓝色火焰        
B．H₂为正极，O₂为负极
C．工作时，电解液的pH不断减小
D．负极的电极反应为2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O，
正极的电极反应为O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
（2）在宇宙飞船或潜艇中，还可利用氢氧燃料电池所产生的水作为饮用水，今欲得
常温下1L水，则电池内电子转移的物质的量约为1.1×10² mol．
（3）由美国西屋公司研制开发的固体氧化物燃料电池，以固体氧化铝-氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O^2-）在其间通过，该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应．
该电池a极对应的电极反应式为O₂+4e^-═2O^2-，电池总反应方程式为2H₂+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂O．

Answer 1

分析 （1）该燃料电池是将化学能转化为电能，负极上电极反应式为2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O、正极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，电池反应式为2H₂+O₂=2H₂O，结合溶液中KOH是否浓度变化分析解答；
（2）根据电池反应式中水和转移电子的关系计算；
（3）该电池属于固体燃料电池，以固体氧化锆-氧化钇为电解质，电池工作时，正极上氧气得电子生成氧离子；负极为氢气失电子发生氧化反应生成水．

解答 解：（1）A．该电池中燃料不燃烧，是直接将化学能转化为电能，所以不能发出蓝色火焰，故A错误；
B．放电时反应过程中生成水，但反应保持在较高温度，使H₂O蒸发，所以KOH浓度不变，则溶液的pH不变，故B错误；
C．通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极，故C错误；
D．负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，所以负极：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O，正极：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故D正确；
故答案为：D；
（2）1L水的质量为1000g，水的物质的量为n=$\frac{m}{M}$=$\frac{1000g}{18g/mol}$=$\frac{500}{9}$mol，
负极：2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O ①
正极：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-②
①+②得：2H₂+O₂=2H₂O～～～～转移电子
               2mol           4mol
              $\frac{500}{9}$mol        1.1×10² mol
故答案为：1.1×10² mol；
（3）该电池属于固体燃料电池，以固体氧化锆-氧化钇为电解质，电池工作时，正极上氧气得电子生成氧离子，则正极的反应式为O₂+4e^-═2O^2-；负极为氢气失电子发生氧化反应生成水，则负极电极方程式为：2H₂-4e^-+2O^2-═2H₂O，正负极反应式相加可得总反应为：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂O；
故答案为：O₂+4e^-═2O^2-；2H₂+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂O．

点评 本题考查燃料电池，明确正负极上发生的反应以及电极方程式的书写方法是解本题关键，侧重于考查学生的分析能力和计算能力，注意把握电子守恒在计算中的应用，题目难度中等．