Question

I.被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池。 右图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流． 

 

试回答下列问题： 

（1）燃料电池的优点是________；电解质溶液中的OH ^-移向______极(填“负”或“正”)． 

（2）写出氢氧燃料电池工作时正极反应式：_______________________。 

（3）若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，负极反应式为___________． 

（4）利用该装置可以处理氮的氧化物和NH ₃尾气,总反应为：6NO ₂ +8NH ₃=7N ₂+12H ₂O，负极反应式为__________。 

II.将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，若该电池中两电极的总质量为80 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为41g，试计算： 

（1）产生氢气的体积(标准状况)为________________； 

（2）通过导线的电子数为__________（用 N _A表示）．

Answer

能量利用率，绿色无污染 负 2H2O＋O2＋4e－=4OH－ CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O 2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O 13.44L 1.2NA

【解析】

（1）因为是氧气和氢气的燃料电池，产物为水，并且氧气和氢气的燃烧放出的热量高，所以(1)燃料电池的优点是能量利用率高，绿色无污染。根据原电池工作原理，在电解质溶液中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。所以答案为：能量利用率高，绿色无污染 负。

(2) 正极上是氧气得电子和水生成氢氧根离子，发生还原反应，所以电极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-。氢氧燃料电池正极反应式：2H2O+O2+4e-=4OH-。

（3）因为是在碱性溶液中，正极上仍然是氧气得电子和水生成氢氧根离子，发生还原反应，所以电极反应式为2O2+4H2O+8e-=8OH-，负极上是甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，所以电极反应式为CH4＋10OH－－8e－=CO＋7H2O。答案：CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O

(4)根据原电池工作原理，氧化剂做正极，还原剂做负极。由6NO2 +8NH3=7N2+12H2O判断NO2为氧化剂，NH3为还原剂。所以负极反应式为2NH3 -6e- +6OH-=N2+6H2O。

II. （1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，锌做负极失电子发生氧化反应；硫酸中的氢离子做氧化剂得电子发生还原反应。若该电池中两电极的总质量为80g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为41g，质量减少了39g，根据原电池工作原理知道减少的质量是锌失电子，变成锌离子。根据电子守恒FeH2产生标准状况下氢气的体积为39g/65g.mol-122.4l.mol-1= 13.44 L。

（2）通过导线的电子数为39g/65g.mol-12NA=1.2NA