Question

氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为该电池的工作原理示意图，该电池的电极表面镀一层细小的铂粉，吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：

(1)氢氧燃料电池放电时能量转化形式主要是________，在导线中电子流动方向为________(用a、b表示)。

(2)正极反应式为__________________。

(3)电极表面镀铂粉的原因为__________________。

(4)该电池工作时，H₂和O₂连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：

Ⅰ．Li+H₂2LiH            Ⅱ．LiH+H₂O=LiOH+H₂↑

①反应Ⅰ中的氧化剂是________，反应Ⅱ中的还原剂是____________。

②已知LiH固体的密度为0.82g/cm³。用锂吸收224L(标准状况)H₂，生成的LiH体积与被吸收的H₂体积比为________。

③将由②生成的LiH与H₂O作用放出的H₂用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。

Answer

由化学能转变为电能 由a到b O2+2H2O+4e−=4OH− 增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率 H2 LiH 8.71×10−4∶1 32

【解析】

(1)氢氧燃料电池放电时，通过发生化学反应产生电能，电池工作时，负极失电子，电子沿导线流出。

(2)正极为O2得电子的产物与水反应生成OH-。

(3)由题中信息可知，铂粉吸附气体的能力强，电极表面镀铂粉，可增大氢气的吸附量。

(4)①反应Ⅰ中，Li失电子，H2得电子；反应Ⅱ中，LiH中所含的氢元素价态升高，H2O中所含氢元素价态部分降低。

②224L(标准状况)H2物质的量为10mol，则生成LiH的物质的量为20mol，可求出其体积，从而求出与被吸收的H2体积比。

③由②生成的LiH为20mol，与H2O作用放出的H2为20mol，1molH2转移2mole-，若能量转化率为80%，则可求出导线中通过电子的物质的量。

(1)氢氧燃料电池放电时，通过发生化学反应产生电能，则能量转化形式为由化学能转变为电能，电池工作时，负极失电子，电子沿导线流出，则电子流动方向为由a到b。答案为：由化学能转变为电能；由a到b；

(2)正极为O2得电子的产物与水反应生成OH-，电极反应式为O2+2H2O+4e−=4OH−。答案为：O2+2H2O+4e−=4OH−；

(3)由题中信息可知，铂粉吸附气体的能力强，电极表面镀铂粉，可增大氢气的吸附量，从而得出其原因为增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率。答案为：增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率；

(4)①反应Ⅰ中，Li失电子，H2得电子，则氧化剂是H2；反应Ⅱ中，LiH中所含的氢元素价态升高，H2O中所含氢元素价态部分降低，则还原剂是LiH。答案为：H2；LiH；

②224L(标准状况)H2物质的量为10mol，则生成LiH的物质的量为20mol，可求出其体积与被吸收的H2体积比为=8.71×10−4∶1。答案为：8.71×10−4∶1；

③由②生成的LiH为20mol，与H2O作用放出的H2为20mol，1molH2转移2mole-，若能量转化率为80%，则可求出导线中通过电子的物质的量为20mol×2×80%=32mol。答案为：32。