Question

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。右图为电池示意图，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）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是               ，在导线中电子流动方向为       (用a、b 和箭头表示)。

（2）负极反应式为                        。

（3）电极表面镀铂粉的原因为                      。

（4）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          (填“正极”或“负极”)

② 该系统工作时，A极的电极反应式为                   

③ 若A极产生7.00g N₂，则此时B极产生        L H₂(标况下)。

Answer

（1）化学能转化为电能；a→b；（2）H2 – 2e- + 2OH- = 2H2O或2H2 – 4e- + 4OH- = 4H2O；

（3）增大电极单位面积吸附H2和O2的分子数，加快电极反应速率；（3）①负极；②CO(NH2) 2 + 8OH－－6e－= CO32-+ N2↑ + 6H2O；③16.8；

【解析】

试题分析：（1）氢氧燃料电池属于原电池，是将化学能转化为电能的装置，所以该燃料电池中能量主要转化形式是化学能转化为电能；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，所以通入氢气的电极是负极、通入氧气的电极是正极，电子流动方向为a到b，故答案为：化学能→电能；a→b；

（2）碱性氢氧燃料电池中，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O，故答案为：H2-2e-+2OH-=2H2O；

（3）反应物接触面积越大，反应速率越快，电极表面镀铂粉能增大反应物的接触面积，所以能增大反应速率，故答案为：增大电极单位面积吸附H2和O2的分子数，增大反应速率；

（4）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，电极反应式为：CO(NH2)2+80H--6e-═CO32-+N2↑+6H2O，故答案为：CO(NH2)2+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O；

③A极为阳极，电极反应式为：CO(NH2)2+80H--6e-═CO32-+N2↑+6H2O，若A极产生7.00g即0.25molN2，则转移电子是1.5mol，此时B极产生氢气，B电极反应为：2H2O+2e-═H2↑+2OH-，转移1.5mol电子，产生氢气的体积是：×22.4L/mol=16.8L，故答案为：16.8

考点：考查了原电池和电解池的工作原理的相关知识。