Question

3．化學在能源開發與利用中起到十分關鍵的作用．氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．氫氧燃料電池能量轉化率高，具有廣闊的發展前景．現用氫氧燃料電池進行如圖實驗（圖中所用電極均為惰性電極）：

（1）電極a為負極（填“正”或“負”），溶液中OH^-移向a極（填“a”或“b”）；
（2）電極b處所發生的電極反應方程式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
（3）隨著反應的進行，氫氧燃料電池內部的PH將減小（填“增大”或“減小”）；
（4）C極為陽（填“陰”或“陽”）極，電極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
（5）右圖裝置中盛有足量的 AgNO₃溶液，當氫氧燃料電池中消耗1.12L（標準狀況下）時，則此時右圖裝置中d電極質量增加10.8g．

Answer 1

分析 氫氧燃料電池工作時，通入氫氣的電極為負極即a極，發生氧化反應，在堿性溶液中，電極方程式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧氣的電極為正極即b極，發生還原反應，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應式為2H₂+O₂=2H₂O，電解硝酸銀溶液，與a極相連的d為陰極發生4Ag⁺+4e^-=4Ag，與b極相連的c為陽極發生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，總反應式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，據此分析．

解答 解：氫氧燃料電池工作時，通入氫氣的電極為負極即a極，發生氧化反應，在堿性溶液中，電極方程式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧氣的電極為正極即b極，發生還原反應，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應式為2H₂+O₂=2H₂O，電解硝酸銀溶液，與a極相連的d為陰極發生4Ag⁺+4e^-=4Ag，與b極相連的c為陽極發生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，總反應式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4HNO₃+O₂↑+4Ag，
（1）根據以上分析，電極a為負極，溶液中OH^-移向a極，故答案為：負；a；
（2）電極b處所發生的電極反應方程式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（3）因為總反應式為2H₂+O₂=2H₂O，則隨著反應的進行，堿性減弱，所以氫氧燃料電池內部溶液的PH將減小，故答案為：減小；
（4）c極為陽極，電極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：陽；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（5）因為燃料電池總反應式為2H₂+O₂=2H₂O，所以當氫氧燃料電池中消耗氫氣1.12L（標準狀況下）時，n（H₂）=$\frac{1.12}{22.4}$=0.05mol，
由電極方程式H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O可知轉移電子0.1mol，電解硝酸銀溶液，陰極d發生Ag⁺+e^-=Ag，所以d電極質量增加0.1×108=10.8g，故答案為：d；10.8．

點評 本題考查電化學知識，為高考常見題型，側重于考查學生綜合運用化學知識的能力和分析問題的能力，題目難度中等．