Question

11．氢能源是21世纪极具发展前景的新能源之一，它既是绿色能源，又可循环使用．请在如图中的两个空格中填上循环过程中反应物和生成物的分子式，以完成理想的氢能源循环体系图（循环中接受太阳能的物质在自然界中广泛存在）．
（1）从能量转换的角度看，过程Ⅱ上应是化学能转化为电能．
（2）过程Ⅱ的完成可以在不同的电解质溶液中进行，试分别写出符合下列要求的电极反应式：
①以稀硫酸为电解质：正极：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．
②以氢氧化钠溶液为电解质：负极：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．
③当电解质为熔融ZrO₂（掺杂有Y₂O₃）的晶体（在高温下电离，以金属阳离子和O^2-导电）时，正极：O₂+4e^-=2O^2-，负极：H₂-2e^-+O^2-=H₂O．

Answer 1

分析 分析转化关系可知氢能源循环体系图中，燃料电池是氢气和氧气反应燃烧生成水的过程，水在太阳能和催化剂作用下分解有生成氧气和氢气；
（1）过程Ⅱ是发生的原电池反应；
（2）氢氧燃料电池工作时，氢气失电子生成水；氧气得电子生成氢氧根离子；氢氧燃料电池的产物为水，依据不同电解质环境判断生成产物，结合电荷守恒书写电极反应；

解答 解：转化关系可知氢能源循环体系图中，燃料电池是氢气和氧气反应燃烧生成水的过程，水在太阳能和催化剂作用下分解有生成氧气和氢气，两个框中为循环过程中反应物和生成物的分子式为：左为H₂O；右为H₂、O₂；
故答案为：H₂O；H₂、O₂；
（1）过程Ⅱ是发生的原电池反应，能量变化是化学能转化为电能的过程；
故答案为：化学；电；
（2）氢氧燃料电池工作时，氢气失电子是还原剂，发生氧化反应；氧气得电子是氧化剂，发生还原反应．
①以稀硫酸为电解质，正极上是O₂得到电子在酸溶液中生成水，正极的电极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，
故答案为：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
②电解质溶液是KOH溶液（碱性电解质），正极是O₂得到电子，正极的电极反应式为：O₂+H₂O+4e^-═4OH^-，负极发生的反应为：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
故答案为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
③当电解质为熔融ZrO₂（掺杂有Y₂O₃）的晶体（在高温下电离，以金属阳离子和O^2-导电）时，正极电极反应是氧气得到电子生成氧离子，电极反应为：O₂+4e^-=2O^2-，负极是氢气失电子生成水，电极反应为：H₂-2e^-+O^2-=H₂O；
故答案为：O₂+4e^-=2O^2-，H₂-2e^-+O^2-=H₂O；

点评 本题考查了化学反应过程中能量变化形式，原电池原理的分析应用，注意知识积累，题目难度中等．