Question

燃料电池是当前研究的一个热点．回答下列有关问题：
（1）某甲醚燃料电池结构如图1，写出该电池工作时负极的电极反应式

 

．如图2为熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图．该熔融碳酸盐燃料电池工作过程中消耗的反应物是

 

，正极的电极反应可表示为

 

．

（2）氢氧燃料电池是一种用氢气作为能源的电池．这种燃料电池的效率要比传统内燃机的效率高很多，所以燃料电池汽车（FCV）会有很高的效率．Schlesinger等人提出可用NaBH₄与水反应制氢气：BH₄^-+2H₂O=BO₂^-+4H₂↑（反应实质为水电离出来的H⁺被还原）．该反应的生成H₂的速率受外界条件影响．下表为pH和温度对NaBH₄ 半衰期的影响（半衰期是指反应过程中，某物质的浓度降低到初始浓度一半时所需的时间）．

体系pH	不同温度下NaBH4的半衰期（min）
	0℃	25℃	50℃	75℃
8	4.32×100	6.19×10-1	8.64×10-2	1.22×10-2
10	4.32×102	6.19×101	8.64×100	1.22×100
12	4.32×104	6.19×103	8.64×102	1.22×102
14	4.32×106	6.19×105	8.64×104	1.22×104

①已知，NaBH₄与水反应后所得溶液显碱性，用离子方程式表示出溶液显碱性的原因

 

，所以则溶液中各离子浓度大小关系为

 

．
②从上表可知，温度对NaBH₄与水反应速率产生怎样的影响？答：

 

．
③反应体系的pH为何会对NaBH₄与水反应的反应速率产生影响？答：

 

．
④实验表明，将NaBH₄溶于足量水，释放的H₂比理论产量少得多（即反应一段时间后有NaBH₄剩余也不再反应）．其可能原因是

 

．

Answer 1

考点：化学电源新型电池,影响盐类水解程度的主要因素,盐类水解的应用

专题：

分析：（1）燃料电池的负极上是燃料失电子的氧化反应，正极上是氧气得电子的还原反应；
（2）①依据NaBH₄与水反应制氢气：BH₄^-+2H₂O=BO₂^-+4H₂↑，反应生成的盐溶液BO₂^-在溶液中水解显碱性分析判断溶液中离子浓度大小；
②依据图表数据分析，随温度升高体系半衰期缩短，反应速率加快；
③分析图表数据可知PH增大，半衰期增长，反应速率减慢；
④随反应进行，溶液的pH逐渐增大，反应速率变小．常温时，当体系pH＞12，半衰期为6.19×10³min分析反应速率变慢判断．

解答： （1）甲醚燃料电池的负极上是燃料失电子的氧化反应，即CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，融碳酸盐燃料电池中，CO、H₂、O₂在负极上失电子，正极上是氧气得电子的还原反应，即O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；故答案为：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；CO、H₂、O₂；O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（2）①NaBH₄与水反应制氢气：BH₄^-+2H₂O=BO₂^-+4H₂↑，反应生成的盐溶液BO₂^-在溶液中水解显碱性，BO₂^-+2H₂O?H₃BO₃+OH^-，溶液中离子浓度大小为c（Na⁺）＞c（BO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：BO₂^-+2H₂O?H₃BO₃+OH^-；c（Na⁺）＞c（BO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
②图表数据分析，随温度升高体系半衰期缩短，反应速率加快，故答案为：温度越大，反应速率越大；
③NaBH₄与水反应制氢气：BH₄^-+2H₂O=BO₂^-+4H₂↑，反应实质为水电离出来的H⁺被还原，图表数据可知PH增大，半衰期增长，反应速率减慢，体系碱性越强，水电离出来的H⁺浓度越低，因而反应速率越慢，
故答案为：体系碱性越强，水电离出来的H⁺浓度越低，因而反应速率越慢；
④随反应进行，溶液的pH逐渐增大，反应速率变小．常温时，当体系pH＞12，半衰期为6． 19×10³min，反应速率很小，反应几乎停止，
故答案为：随着反应的进行，溶液的pH逐渐增大，反应速率变小．常温时，当体系pH＞12，半衰期为6.19×10³min（约为4.3天），反应速率很小，反应几乎停止．

点评：本题考查了溶液碱性的原因和图表数据分析总结规律和分析应用判断，题干信息的应用和分析判断是解题关键，题目难度中等．