Question

（12分）氫氧燃料電池是將H2通入負極，O2通入正極而發(fā)生電池反應的，其能量轉(zhuǎn)換率高。

（1）若電解質(zhì)溶液為KOH，其正極反應為____________________________，

負極反應為__________________________________________。

（2）若電解質(zhì)溶液為硫酸，其正極反應為______________________，

負極反應為___ ______________。

（3）若用氫氧燃料電池電解由NaCl和CuSO4組成的混合溶液，其中c（Na+）=3c（Cu2+）=0.3mol·L—1，取該混合液100mL用石墨做電極進行電解，通電一段時間后，在陰極收集到0.112L（標準狀況）氣體。計算：

①電解池陽極生成氯氣的物質(zhì)的量是 mol。

②氫氧燃料電池中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目是 個

消耗H2的質(zhì)量是 g。（寫出計算過程）（保留2位小數(shù)）

Answer 1

（12分）（1） 正極：O2+4e- + 2 H2O 4OH- （1分）負極：2 H2 + 4 OH - —4 e- 4 H2O （1分） （2） 正極：O2+ 4e -+ 4 H+ 2 H2O （1分） 負極：2H2 —4e- 4 H+ （1分） （3）①0.015mol②0.03NA。0.03g

【解析】

試題分析：在燃料電池中，燃料反應的一極是負極，氧氣反應的一極是正極。（1）正極是氧氣發(fā)生反應，由于是堿性電解質(zhì)，OH- 在正極生成，在負極消耗，則正極反應為：O2+ 4e- + 2 H2O 4OH- ，負極反應為：2 H2 + 4 OH - —4 e- 4 H2O 。（2） 在酸性電解質(zhì)中，H+ 在正極消耗，在負極生成，正極的電極反應為：O2+ 4e -+ 4 H+ 2 H2O ，負極的電極反應為：2H2 —4e- 4 H+ 。（3）NaCl和CuSO4組成的混合溶液中離子有：Na+ 、Cu2+、H+ 、OH- 、SO42-、Cl-，在電解時陰極放電順序為：Cu2+、H+ ，陽極放電順序為：Cl-、 OH- .在陰極收集到了氣體，故Cu2+完全放電，然后是H+ 放電，氫氣的物質(zhì)的量為：n（H2 ）=0.112L÷22.4Lmol=0.005mol，n(Cu2+)=0.1mol·L—1×0.1L=0.01mol，

根據(jù)電解反應有：陰極 Cu2+ + 2 e- Cu 、 2H+ + 2 e- H2 ↑

0.01mol 0.020 mol 0.010 mol 0.005 mol

電解時轉(zhuǎn)移的電子為：0.02+0.01=0.03mol,轉(zhuǎn)移0.03mol電子時產(chǎn)生的氯氣可根據(jù)電極反應可以得出：

陽極 反應 2Cl- - 2 e- ＝ Cl2↑

0.030 mol 0 .015 mol ①故產(chǎn)生的氯氣為0.015mol。②轉(zhuǎn)移0.03mol電子時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.03NA。根據(jù)電解時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等，氫氧燃料電池中轉(zhuǎn)移的電子也為0.03mol,則：2H2 — 4e- 4 H+

0.015 mol 0.03mol ,消耗的H2為0.015mol質(zhì)量為：0.015mol×g/mol=0.03g

考點：燃料電池的電極反應的書寫、有關(guān)電子轉(zhuǎn)移的計算。