(14分)(2015·经典习题选萃)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图,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。
(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+H2\s\up7(△(△)2LiH
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。
【解析】 本题将电化学与氧化还原反应计算联系起来,同学们应抓住得失电子守恒的原理进行分析和解题。本题前两问是以氢氧燃料电池工作原理作为基本考点。燃料电池是原电池,所以该装置由化学能转变为电能。通入氢气的一极是负极,通入氧气的一极是正极,因此电子由a向b移动。(4)①利用氧化还原反应中化合价的升降判断氧化剂和还原剂。
②H2 ~ 2LiH
mol 20 mol
V(LiH)==0.195 L
则体积比为≈(或8.71×10-4)
③根据反应Ⅱ,则有:
LiH ~ H2 ~ 2e-
20 mol 40 mol×80%=32 mol
【答案】 (1)由化学能转变为电能 由a到b
(2)2H2+4OH--4e-===4H2O(或H2+2OH--2e-===2H2O)
(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子的数目,加快电极反应速率
(4)①Li H2O ②(或8.71×10-4) ③32