Question

【题目】氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：

(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是_______，在导线中电子流动方向为____(用a、b表示)。

(2)负极反应式为_________________________。

(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．2Li＋H22LiH

II．LiH＋H2O =LiOH＋H2↑

①反应Ⅰ中的还原剂是___，反应II中的氧化剂 是_____。

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

③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 1

【答案】由化学能转变为电能 由a到b 2H2＋4OH－－4e－ = 4H2O 或H2＋2OH－－2e－ = 2H2O 增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率，同时也增大了Pt的利用率以降低成本 Li H2O 1/1148或8.71×10－4 32

【解析】

（1）原电池的能量转化形式主要是将化学能转化为电能；

（2）负极发生的是氧化反应，对应通氢气的一极，注意所给介质为碱性；

（3）在氢氧燃料电池中，多孔的铂片可以直接作电极。本题中在电极表面镀上一层细小的铂粉，从题干强调的“细”、“粉”，“吸附气体的能力强”进行分析表述。

（4）通过价态变化进行氧化剂和还原剂的判断。通过所给的化学方程式进行求算。

（1）氢氧燃料电池作为原电池，其能量转化主要形式是化学能变为电能；通入H2的a电极为负极，通入O2的b电极为正极，电子从负极经外电路流向正极，所以导线中电子流动方向为由a到b；

（2）所给介质为强碱性介质，所以负极的电极反应式为: H2＋2OH－－2e－= 2H2O，如考虑与正极电极反应式从形式上即可看出得失电子数相等，该电极反应式也可以写成：2H2＋4OH－－4e－=4H2O；

（3）电极表面镀铂粉的原因为：镀上铂粉，可以增大该电极单位面积吸附H2、O2分子数，从而加快电极反应的速率。与直接使用多孔铂电极相比，降低了成本而提高了贵金属Pt的利用率；

（4）①从价态变化可以明显看出，反应Ⅰ中Li的化合价由0价升至+1价，还原剂是Li，反应II，LiH中H的化合价为-1价，水中H的化合价为+1价，产物H2既是氧化产物又是还原产物，氧化剂是H2O；

②标准状况下224 LH2的物质的量为10mol，用锂吸收生成的LiH的物质的量为20mol，其质量为20mol×8g/mol=160g，又知LiH的密度为0.82g/cm3，所以生成的LiH的体积为：=195.12cm3，所以生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为：= (或8.71×10－4)；

③由②生成的LiH为20mol，与H2O作用，放出的H2为20mol；这些氢气用作电池燃料，若能量转化率为80％，则导线中通过电子的物质的量为：20mol×2×80%=32mol。