Question

氢氧燃料电池是将H₂通入负极，O₂通入正极而发生电池反应的，其能量转换率高．
（1）若电解质溶液为KOH溶液，其正极反应为______，负极反应为______；
（2）若电解质溶液为硫酸，其正极反应为______，负极反应为______；若反应过程中转移了2mol电子，可产生水的质量为______ g．
（3）若用氢氧燃料电池电解由NaCl和CuSO₄组成的混合溶液，其中c（Na⁺）=3c（Cu²⁺）=0.3mol?L^-1，取该混合液100mL用石墨做电极进行电解，通电一段时间后，在阴极收集到0.112L（标准状况）气体．此时氢氧燃料电池外电路中转移电子数为______，消耗H₂的质量为______g．

Answer 1

【答案】分析：（1）氢氧燃料电池中，如果电解质溶液为碱，则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，阴极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水；
（2）氢氧燃料电池中，如果电解质溶液为酸，则正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，阴极上氢气失电子生成氢离子；
（3）用氢氧燃料电池电解NaCl和CuSO₄组成的混合溶液时，阴极上先铜离子放电，后氢离子放电，根据转移电子数相等计算氢氧燃料电池外电路中转移电子数，根据氢气和转移电子之间的关系式计算氢气的质量．
解答：解：（1）氢氧燃料电池中，如果电解质溶液为碱，则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，阴极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应式为2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；2H₂-4e^-+4OH^-=4H₂O；
（2）氢氧燃料电池中，如果电解质溶液为酸，则正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，阴极上氢气失电子生成氢离子，电极反应式为：2H₂-4e^-=4H⁺，该反应过程中，每转移2mol电子，则生成1mol水，其质量是18g，
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；2H₂-4e^-=4H⁺；18；
（3）用氢氧燃料电池电解NaCl和CuSO₄组成的混合溶液时，阴极上先铜离子放电，后氢离子放电，c（Na⁺）=3c（Cu²⁺）=0.3mol?L^-1，即混合溶液中铜离子的浓度是0.1mol/L，100mL混合溶液中n（Cu²⁺）=0.1mol/L×0.1L=0.01mol，
析出0.01mol铜需要转移0.02mol电子，阴极上生成氢气需要转移电子的物质的量==0.01mol，串联电路中转移电子数相等，所以氢氧燃料电池外电路中转移电子数为0.03N_A，则消耗氢气的质量=×2g/mol=0.03g，
故答案为：0.03N_A；0.03．
点评：本题考查原电池原理及其相关计算，注意氢氧燃料电池中，电极反应式的书写要结合电解质溶液，电解质溶液不同则电极反应式不同．