Question

4．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置．下图为电池示意图，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化学能转化为电能，在导线中电子流动方向   为由a到b（用a、b表示）．
（2）负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（3）电极表面镀铂粉的原因为增大电极单位面积吸附氢气、氧气分子数，加快反应速率，同时也增大了Pt的利用率以降低成本．
（4）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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH
Ⅱ．LiH+H₂O═LiOH+H₂↑
①已知LiH固体密度为 0.82g/cm³．用锂吸收 224L（标准状况）H₂，生成的LiH体积  与被吸收的H₂体积比为$\frac{1}{1120}$．
②由①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32mol．

Answer 1

分析 （1）燃料电池中，通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，电子从负极沿导线流向正极；
（2）碱性条件下，氢气失电子和氢氧根离子反应生成水；
（3）反应物接触面积越大，其反应速率越快；
（4）①根据氢气体积计算LiH的质量，再根据V=$\frac{m}{ρ}$计算LiH的体积；
②根据氢气中转移电子之间的关系式计算．

解答 解：（1）燃料电池中，化学能转化为电能，通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，所以通入氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，电子从负极沿导线流向正极，则电子流向由a到b，故答案为：化学能转化为电能；由a到b；
（2）碱性条件下，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，故答案为：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（3）反应物接触面积越大，其反应速率越快，在电极表面镀铂粉，增大电极单位面积吸附氢气、氧气分子数，加快反应速率，同时也增大了Pt的利用率以降低成本，故答案为：增大电极单位面积吸附氢气、氧气分子数，加快反应速率，同时也增大了Pt的利用率以降低成本；
（4）①根据2Li+H₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2LiH得生成LiH的质量=$\frac{224L}{22.4L}×2×8$g=160g，LiH的体积=$\frac{160g}{0.8g/c{m}^{3}}$=200cm³，氢气体积=224L=224000cm³，所以生成的LiH体积与被吸收的H₂体积比=200cm³：224000cm³=$\frac{1}{1120}$，
故答案为：$\frac{1}{1120}$；
②由2Li+H₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2LiH、LiH+H₂O=LiOH+H₂↑得若能量转化率为80%，则转化的氢气物质的量=$\frac{224L×80%}{22.4L/mol}$=8mol，最终生成氢气的物质的量是16mol氢气，则转移电子的物质的量=16mol×2=32mol，
故答案为：32mol．

点评 本题考查了原电池原理，涉及电极反应式的书写、电子流向的判断等知识点，根据得失电子确定正负极，再结合正负极上发生的反应来分析解答，易错点是（4）②，注意最终得到的氢气不仅包含原来的氢气还有水参与反应生成的氢气，为易错点．