美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池,其构造如图所示;两个电极

美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池,其构造如图所示;两个电极
均由多孔性碳制成,通入的气体由孔隙中逸出,并在电极表面放电.
(1)a极是______极,b极是______极,电极反应式分别为______,______.
(2)飞船上宇航员的生活用水由燃料电池提供.已知这种电池发1度电时能生成350g水,试计算能量转化率.
[2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)+572kJ]
(3)这种电池的输出电压为1.2V.要使标有1.2V,1.5W的小灯泡连续发光0.5h,应消耗标准状况下的H2多少升?
(4)氢气是燃料电池最简单的燃料,虽然使用方便,却受到价格和来源的限制.常用的燃料,往往是某些碳氢化合物,如甲烷(天然气)、汽油等.请写出将图中H2换成CH4时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式:______.此时电池内总的反应方程式为______.
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东方岩石 幼苗

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解题思路:(1)氢氧燃料电池中,原电池工作时,氢氧燃料电池的总反应为2H2+O2=2H2O;通入氢气的一极a为电源的负极,发生氧化反应,电极反应式为:H2-2e-+2OH-=2H2O,通入氧气的一极b为原电池的正极,电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH-
(2)依据热化学方程式结合题干条件计算能力转化效率;
(3)求出灯泡发光0.5h所需电量,1度电约3600KJ能量,可以计算出所需氢气的体积;
(4)氢气换成甲烷是甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水的氧化还原反应,图中电解质溶液是碱性溶液,依据原电池的原理,结合元素化合价变化分析失电子的物质甲烷在负极a发生氧化反应,氧气再正极b发生还原反应.

(1)氢氧燃料电池中,通入氢气的一极为电源的负极,通入氧气的一极为原电池的正极,由于电解质溶液呈碱性,则负极电极反应式为:2H2-4e-+4OH-=4H2O(或H2-2e-+2OH-=2H2O),正极电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH-
故答案为:负;正;2H2-4e-+4OH-=4H2O(或H2-2e-+2OH-=2H2O);O2+4e-+2H2O=4OH-
(2)航天员的生活用水可以由A装置提供,已知这种电池生成350g水时能发电1度(约3600kJ),2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-572kJ•mol-1 ;理论上生成350g水依据热化学方程式计算为,[350g×572KJ/mol/36g/mol]=5561KJ,
能量的转化效率=[3600KJ/5561KJ]×100%=64.7%,
答:能量转化率为64.7%;
(3)灯泡发光0.5h所需电量为,1.5×10-3kW×0.5h=7.5×10-4度,相当于7.5×10-4×3600KJ=2.7KJ,据反应2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)+572kJ,所需氢气物质的量为:[2×2.7/572]=0.009mol,0.009mol×22.4L/mol=0.202L,
答:消耗标准状况下的H20.202L;
(4)图中H2换成CH4时所构成的甲烷燃料电池中,甲烷燃烧生成二氧化碳和水,二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾和水,所以电池的反应的离子方程式为:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O
其中正极上是氧气得到电子发生还原反应,电极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-;电池总反应的离子方程式减去正极电极反应×2,得到负极电极反应:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
故答案为:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O.

点评:
本题考点: 化学电源新型电池.

考点点评: 本题考查了原电池的工作原理的应用,电极名称,电极判断,电极反应,电池反应,熟练掌握原电池的基本知识,分清化合价变化判断氧化反应、还原反应、电子守恒是解题关键.

1年前

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