Question

14．氫氣是未來最理想的能源，科學(xué)家最近研制出利用太陽能產(chǎn)生激光，并在二氧化鈦（TiO₂）表面作用使海水分解得到氫氣的新技術(shù)：2H₂O $\frac{\underline{\;\;\;\;\;激光\;\;\;\;\;}}{TiO2}$ 2H₂↑+O₂↑．制得的氫氣可用于燃料電池．試回答下列問題：
（1）分解海水時，二氧化鈦?zhàn)鞔呋瘎�．生成的氫氣用于燃料電池時，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽�分解海水的反�?yīng)屬于吸熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
（2）某種氫氧燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷作電解質(zhì)，兩極上發(fā)生的電極反應(yīng)如下：A極：2H₂+2O^2--4e^-═2H₂O     B極：O₂+4e^-═2O^2-則A極是電池的負(fù)極；電子從該極流出（填“流入”或“流出”）．
（3）（a）將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池，兩電極間連接一個電流計．鋅片上發(fā)生的電極反應(yīng)Zn-2e^-=Zn²⁺；銀片上發(fā)生的電極反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑
（b）若以上電池中兩電極的總質(zhì)量為60g，工作一段時間后，取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重，總質(zhì)量為47g，試計算：①產(chǎn)生氫氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）4.48L；②消耗的鋅的質(zhì)量13g．（已知N_A=6.02×10²³ mol^-1，）

Answer 1

分析 （1）利用太陽能分解海水是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；氫氧燃料電池屬于原電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，斷裂化學(xué)鍵需要吸收能量，形成化學(xué)鍵放出能量；
（2）原電池中，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流出；
（3）（a）鋅片、銀片、稀硫酸構(gòu)成原電池，活潑金屬鋅作負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，銀作正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式；
（b）根據(jù)得失電子守恒計算生成氫氣的體積．

解答 解：（1）科學(xué)家利用太陽能使海水分解，所以是太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，該反應(yīng)中二氧化鈦?zhàn)鞔呋瘎�；生成的氫氣用于燃料電池時是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，水分解時，斷裂的化學(xué)鍵是H-O鍵；電解水是吸熱反應(yīng)，
故答案為：催化劑、化學(xué)、電、吸熱；
（2）A極是失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，所以A極是負(fù)極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以電子從負(fù)極流出，故答案為：負(fù)；流出；
（3）（a）鋅片、銀片、稀硫酸構(gòu)成原電池，鋅作負(fù)極，負(fù)極上鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Zn-2e^-=Zn²⁺；銀作正極，正極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（b）該原電池中，負(fù)極上鋅失電子變成鋅離子進(jìn)入溶液，導(dǎo)致質(zhì)量減少，正極上金屬不參加反應(yīng)，所以該裝置中減少的質(zhì)量是鋅的質(zhì)量，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等知，生成氫氣的物質(zhì)的量和鋅的物質(zhì)的量相等，所以生成氣體的體積=$\frac{（60-47）g}{65g/mol}$×22.4L/mol=4.48L，所以參加反應(yīng)鋅的質(zhì)量為
$\frac{4.48}{22.4}×65$g=13g，故答案為：4.48L，13g．

點(diǎn)評 本題考查原電池反應(yīng)的原理，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，在得失電子守恒的情況下根據(jù)電極反應(yīng)進(jìn)行計算，難度不大．