Question

11．氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發電裝置．如圖為電池示意圖．該電池電池表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質穩定，請回答：
（1）氫氧燃料電池的能量轉化主要形式是化學能轉化為電能．在導線中電子流動方向為由a到b（用a、b表示）．
（2）負極反應式為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（3）電極表面鍍鉑粉的原因為增大電極單位面積吸附氫氣、氧氣分子數，加快電極反應速率．
（4）該電池工作時，H₂和O₂連續由外部供給，電池可連續不斷提供電能．80gLiH與H₂O作用（LiH+H₂O═LiOH+H₂↑）放出的H₂用作電池燃料，若能量轉化率為80%，則導線中通過電子的物質的量為16mol．
（5）氫氣可由天然氣和水反應制備，其主要反應為：
CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g），某溫度下，2L密閉容器中充入2molCH₄和3molH₂O（g），反應進行到4s時CH₄剩余物質的量為1.2mol，再過一段時間反應達平衡，平衡時容器的壓強是起始時的1.4倍．則
①前4s以H₂O（g）濃度變化表示的平均反應速率0.2mol/（L．s）
②平衡時甲烷的轉化率為：50%．

Answer 1

分析 （1）原電池主要是將化學鍵轉化為電能；氫氣失去電子，為負極，氧氣獲得電子，為正極，電子由負極通過導線移向正極；
（2）負極上氫氣失電子和氫氧根離子反應生成水；
（3）反應物接觸面積越大，反應速率越大；
（4）80gn（LiH）=$\frac{80g}{8g/mol}$=10mol，根據方程式知，1molLiH參加反應轉移1mol電子，10molLiH能生成10mol氫氣，10mol氫氣作燃料轉移電子物質的量是20mol，其轉化率為80%，則轉移電子物質的量=20mol×80%；
（5）4s內v（CH₄）=$\frac{\frac{2mol-1.2mol}{2L}}{4s}$=0.1mol/（L．s），同一反應中同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比，據此計算水的反應速率；
反應前后氣體物質的量之比等于其壓強之比，反應前混合氣體物質的量是5mol，平衡時容器的壓強是起始時的1.4倍，則平衡時氣體物質的量=1.4×5mol=7mol，根據方程式知，有1mol甲烷參加反應，氣體增加2mol，達到平衡時氣體增加物質的量2mol，所以參加反應的甲烷物質的量是1mol，甲烷轉化率=$\frac{1mol}{2mol}×100%$．

解答 解：（1）原電池主要是將化學鍵轉化為電能，燃料電池是原電池，是將化學能轉化為電能的裝置；氫氣失去電子，為負極，氧氣獲得電子，為正極，電子由負極通過導線移向正極，即由a到b，
故答案為：化學能轉化為電能；由a到b；
（2）負極上氫氣失電子和氫氧根離子反應生成水，電極反應式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，故答案為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（3）反應物接觸面積越大，反應速率越大，鍍鉑粉增大電極單位面積吸附氫氣、氧氣分子數，加快電極反應速率，故答案為：增大電極單位面積吸附氫氣、氧氣分子數，加快電極反應速率；
（4）80gn（LiH）=$\frac{80g}{8g/mol}$=10mol，根據方程式知，1molLiH參加反應轉移1mol電子，10molLiH能生成10mol氫氣，10mol氫氣作燃料轉移電子物質的量是20mol，其轉化率為80%，則轉移電子物質的量=20mol×80%=16mol，故答案為：16；
（5）①4s內v（CH₄）=$\frac{\frac{2mol-1.2mol}{2L}}{4s}$=0.1mol/（L．s），同一反應中同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比，v（H₂O）=2v（CH₄）=2×0.1mol/（L．s）=0.2mol/（L．s），
故答案為：0.2mol/（L．s）；
②反應前后氣體物質的量之比等于其壓強之比，反應前混合氣體物質的量是5mol，平衡時容器的壓強是起始時的1.4倍，則平衡時氣體物質的量=1.4×5mol=7mol，根據方程式知，有1mol甲烷參加反應，氣體增加2mol，達到平衡時氣體增加物質的量2mol，所以參加反應的甲烷物質的量是1mol，甲烷轉化率=$\frac{1mol}{2mol}×100%$=50%，
故答案為：50%．

點評 本題考查化學平衡計算、原電池原理，為高頻考點，原電池中難點是電極反應式的書寫，要結合電解質溶液酸堿性書寫，注意：（4）題轉移電子物質的量為氫氣作燃料電池時轉移電子物質的量，而不是生成氫氣轉移電子物質的量，為易錯點．