Question

14．氢气是未来最理想的能源，科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛（TiO₂）表面作用使海水分解得到氢气的新技术：2H₂O $\frac{\underline{\;\;\;\;\;激光\;\;\;\;\;}}{TiO2}$ 2H₂↑+O₂↑．制得的氢气可用于燃料电池．试回答下列问题：
（1）分解海水时，二氧化钛作催化剂．生成的氢气用于燃料电池时，化学能转变为电能．分解海水的反应属于吸热反应（填“放热”或“吸热”）．
（2）某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应如下：A极：2H₂+2O^2--4e^-═2H₂O     B极：O₂+4e^-═2O^2-则A极是电池的负极；电子从该极流出（填“流入”或“流出”）．
（3）（a）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计．锌片上发生的电极反应Zn-2e^-=Zn²⁺；银片上发生的电极反应2H⁺+2e^-=H₂↑
（b）若以上电池中两电极的总质量为60g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47g，试计算：①产生氢气的体积（标准状况）4.48L；②消耗的锌的质量13g．（已知N_A=6.02×10²³ mol^-1，）

Answer 1

分析 （1）利用太阳能分解海水是将太阳能转化为化学能；氢氧燃料电池属于原电池，是将化学能转化为电能，断裂化学键需要吸收能量，形成化学键放出能量；
（2）原电池中，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，电子从负极沿导线流出；
（3）（a）锌片、银片、稀硫酸构成原电池，活泼金属锌作负极，负极上失电子发生氧化反应，银作正极，正极上得电子发生还原反应，据此写出电极反应式；
（b）根据得失电子守恒计算生成氢气的体积．

解答 解：（1）科学家利用太阳能使海水分解，所以是太阳能转变为化学能，该反应中二氧化钛作催化剂；生成的氢气用于燃料电池时是把化学能转变为电能，水分解时，断裂的化学键是H-O键；电解水是吸热反应，
故答案为：催化剂、化学、电、吸热；
（2）A极是失去电子发生氧化反应的电极，所以A极是负极，正极上得电子发生还原反应，所以电子从负极流出，故答案为：负；流出；
（3）（a）锌片、银片、稀硫酸构成原电池，锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e^-=Zn²⁺；银作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案为：Zn-2e^-=Zn²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（b）该原电池中，负极上锌失电子变成锌离子进入溶液，导致质量减少，正极上金属不参加反应，所以该装置中减少的质量是锌的质量，根据转移电子相等知，生成氢气的物质的量和锌的物质的量相等，所以生成气体的体积=$\frac{（60-47）g}{65g/mol}$×22.4L/mol=4.48L，所以参加反应锌的质量为
$\frac{4.48}{22.4}×65$g=13g，故答案为：4.48L，13g．

点评 本题考查原电池反应的原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，在得失电子守恒的情况下根据电极反应进行计算，难度不大．