Question

氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，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）正极反应的电极反应方程式为___。

（3）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7.00gN₂，则此时B极产生___LH₂(标准状况下)。

Answer

化学能转化为电能 a→b O2+4e－＋2H2O=4OH－ 负极 CO(NH2)2＋8OH－－6e－= CO32-＋N2↑＋6H2O 16.8

【解析】

（1）氢氧燃料电池属于原电池；电子从负极沿导线流向正极；

（2）电解质溶液是碱，正极氧气得到电子生成氢氧根；

（3）根据化合价的变化结合电解池原理判断正负极；电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程；根据实际参加反应的氢气以及电极反应式计算。

（1）原电池的实质为化学能转化成电能。电解质溶液是碱，通入氧气的铂电极是正极，电子流动方向与电流流动的方向相反，电流从正极到负极，故电子流向为a→b；

（2）电解质溶液是碱，正极氧气得到电子生成氢氧根，电极反应方程式为：O2+4e－＋2H2O=4OH－；

（3）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型半导体和B极相连，为负极；

②A是阳极，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，电极方程式为：CO(NH2)2＋8OH－－6e－= CO32-＋N2↑＋6H2O；

③根据电子守恒有N2～3H2，则n（H2）=3n（N2）=3×=0.75mol，标况下体积为V（H2）=0.75mol×22.4L/mol=16.8L。