Question

（12分）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，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___                       ______________。

（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。计算：

①电解池阳极生成氯气的物质的量是          mol。

②氢氧燃料电池中转移的电子数目是       个

消耗H₂的质量是        g。（写出计算过程）（保留2位小数）

Answer

（12分）（1） 正极：O2+4e- + 2 H2O 4OH- （1分）负极：2 H2 + 4 OH - —4 e- 4 H2O （1分） （2） 正极：O2+ 4e -+ 4 H+ 2 H2O （1分） 负极：2H2 —4e- 4 H+ （1分） （3）①0.015mol②0.03NA。0.03g

【解析】

试题分析：在燃料电池中，燃料反应的一极是负极，氧气反应的一极是正极。（1）正极是氧气发生反应，由于是碱性电解质，OH- 在正极生成，在负极消耗，则正极反应为：O2+ 4e- + 2 H2O 4OH- ，负极反应为：2 H2 + 4 OH - —4 e- 4 H2O 。（2） 在酸性电解质中，H+ 在正极消耗，在负极生成，正极的电极反应为：O2+ 4e -+ 4 H+ 2 H2O ，负极的电极反应为：2H2 —4e- 4 H+ 。（3）NaCl和CuSO4组成的混合溶液中离子有：Na+ 、Cu2+、H+ 、OH- 、SO42-、Cl-，在电解时阴极放电顺序为：Cu2+、H+ ，阳极放电顺序为：Cl-、 OH- .在阴极收集到了气体，故Cu2+完全放电，然后是H+ 放电，氢气的物质的量为：n（H2 ）=0.112L÷22.4Lmol=0.005mol，n(Cu2+)=0.1mol·L—1×0.1L=0.01mol，

根据电解反应有：阴极 Cu2+ + 2 e- Cu 、 2H+ + 2 e- H2 ↑

0.01mol 0.020 mol 0.010 mol 0.005 mol

电解时转移的电子为：0.02+0.01=0.03mol,转移0.03mol电子时产生的氯气可根据电极反应可以得出：

阳极 反应 2Cl- - 2 e- ＝ Cl2↑

0.030 mol 0 .015 mol ①故产生的氯气为0.015mol。②转移0.03mol电子时，转移电子数目为0.03NA。根据电解时转移的电子数相等，氢氧燃料电池中转移的电子也为0.03mol,则：2H2 — 4e- 4 H+

0.015 mol 0.03mol ,消耗的H2为0.015mol质量为：0.015mol×g/mol=0.03g

考点：燃料电池的电极反应的书写、有关电子转移的计算。