Question

5．燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置．如图为氢氧燃料电池示意图，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化学能转变为电能，在导线中电子流动方向为a到b（ 用a、b 表示）．
（2）负极反应式为2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O，正极反应式为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiHⅡ．LiH+H₂O═LiOH+H₂↑反应Ⅰ中的还原剂是Li，反应Ⅱ．中的氧化剂是H₂O；
（4）如果该电池是甲烷-氧气燃料电池，负极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（5）如果该电池是肼（N₂H₄）-氧气燃料电池，负极反应式为N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）原电池是将化学能转变为电能的装置，原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极；
（2）负极上燃料失电子发生还原反应，正极上氧气得电子生成氢氧根离子；
（3）根据化合价升高失电子发生氧化反应是还原剂，化合价降低得电子发生还原反应是氧化剂判断；
（4）甲烷-氧气燃料电池，负极甲烷失电子结合氢氧根生成碳酸根；
（5）肼（N₂H₄）-氧气燃料电池，负极N₂H₄失电子结合氢氧根生成氮气．

解答 解：（1）该装置是把化学物质中的能力转化为电能，所以是化学能转变为电能；在原电池中，负极上失电子，正极上得电子，电子的流向是从负极流向正极，又氢氧燃料电池中氢气为负极，氧气为正极，所以导线中电子流动方向为由a到b，
故答案为：化学能转变为电能；a到b；
（2）碱性环境中，该反应中负极上氢气失电子生成氢离子，电极反应式为H₂+2OH^--2e^-═2H₂O，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故答案为：2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（3）2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH，该反应中锂失电子发生氧化反应，所以锂是还原剂，H元素化合价降低，被还原，H₂为氧化剂；LiH+H₂O=LiOH+H₂↑反应中H₂O得电子生成氢气，发生还原反应，所以H₂O是氧化剂，LiH中H元素升高，被氧化，LiH为还原剂，故答案为：Li；H₂O；
（4）甲烷-氧气燃料电池，负极甲烷失电子结合氢氧根生成碳酸根，则反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（5）肼（N₂H₄）-氧气燃料电池，负极N₂H₄失电子结合氢氧根生成氮气，则反应式为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，故答案为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．

点评 本题考查化学电源的工作原理，题目难度不大，注意原电池电极反应式的书写．