Question

9．氫能是發展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個環節．回答下列問題：
（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點是污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高氫氣直接燃燒的能量
轉換率遠低于燃料電池，寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應式：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（2）利用太陽能直接分解水制氫，是最具吸引力的制氫途徑，其能量轉化形式為將光能轉化為化學能
（3）化工生產的副產氫也是氫氣的來源．電解法制取有廣泛用途的Na₂FeO₄，同時獲得氫氣：Fe+2H₂O+2OH^-$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂，工作原理如圖1所示．若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區會產生紅褐色物質．已知：Na₂FeO₄只在強堿性條件下穩定，易被H₂還原．

①電解過程中，陽極電極反應式：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O
②c（Na₂FeO₄）隨初始c（NaOH）的變化如圖2，任選M、N兩點中的一點，分析c（Na₂FeO₄）低于最高值的原因：M點：c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩定性差，且反應慢（或N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產率降低）．

Answer 1

分析 （1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點有污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高等；堿性氫氧燃料電池的負極反應式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）利用太陽能直接分解水制氫，是將光能轉化為化學能；
（3）①陽極發生氧化反應，鐵失電子生成高鐵酸根離子；
②根據題意Na₂FeO₄只在強堿性條件下穩定，在M點，c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩定性差，且反應慢，在N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產率降低．

解答 解：（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點有污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高等；堿性氫氧燃料電池的負極反應式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，
故答案為：污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高；H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）利用太陽能直接分解水制氫，是將光能轉化為化學能，
故答案為：將光能轉化為化學能；
（3）①陽極發生氧化反應，鐵失電子生成高鐵酸根離子，電極反應式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
②根據題意Na₂FeO₄只在強堿性條件下穩定，在M點，c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩定性差，且反應慢，在N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產率降低，
故答案為：M點：c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩定性差，且反應慢（或N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產率降低）．

點評 本題考查電解池原理，明確各個電極上發生的反應是解本題關鍵，注意陽極發生的反應，題目難度中等．