Question

10．氫氧燃料電池具有能量轉化率高、無污染等特點，近年來逐漸運用于航天、汽車等領域．其工作原理是：H₂和O₂反應時將化學能轉化為電能．
【提出問題】H₂一定要在O₂中燃燒才能產生電能嗎？
【實驗步驟】重慶一中初三某化學興趣小組同學群策群力，據(jù)實驗目的設計了如圖1所示裝置：
步驟1．向分液漏斗中注入一定濃度的硫酸溶液（或氫氧化鉀溶液）
步驟2．閉合K₁，斷開K₂，一分鐘后觀察三頸瓶中的現(xiàn)象
步驟3．閉合K₂，斷開K₁，記錄用電器工作時間
步驟4．將d處小風扇依次更換為小燈泡，發(fā)光二極管，重復步驟2、3
【實驗分析】
Ⅰ．步驟2，當閉合K₁，斷開K₂，一分鐘后，a，b處有大量氣泡產生…．
（1）三頸中發(fā)生的化學反應式為2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，
該實驗可得到的結論有C（填序號）；
①水由氫氣和氧氣組成       ②水由氫氧原子構成
③水由氫氧元素組成         ④水由氫氧兩個元素組成
（2）下列對分液漏斗中的現(xiàn)象及作用描述正確的是C；
①液面下降，調節(jié)壓強        ②液面下降，控制反應速率
③液面上升，調節(jié)壓強        ④液面上升，控制反應速率
（3）如圖2圖象不符合實驗事實的是A（填序號）；
（4）要區(qū)分a、b處氣體，最好選用的方法是用燃著的木條，若用ρ（H₂）、ρ（O₂）分別表示H₂、O₂的密度，則反應后生成物的分子中，H、O原子個數(shù)比的計算式為32ρ（H₂）：ρ（O₂）[用ρ（H₂）、ρ（O₂）來表示]．
Ⅱ．步驟3、4，閉合K₂，斷開K₁，各用電器工作時間如下表：

溶液	各用電器工作時間/秒
	小風扇	2.5V小燈泡	發(fā)光二極管
Xg/L H2SO4溶液	65	55	＞480
Yg/L KOH溶液	29	10	10

要比較電解H₂SO₄溶液、KOH溶液，哪種獲得的電能更多？電解H₂SO₄溶液，則X＞Y（填“＞”、“＜”或“=”）．
【實驗結論】通過分析知：氫氧燃料電池不一定（填“一定”、“不一定”或“一定不”）在點燃條件下才能放電．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）水在電解的過程中分解產生了氫氣和氧氣．電解水的實驗結論是說明水是由氫元素和氧元素組成．
（2）根據(jù)水在電解的過程中分解產生了氫氣和氧氣以及壓強變化分析．
（3）電解水時，與電源正極相連的試管內產生的氣體體積少，與電源負極相連的試管內的氣體體積多；且兩者的體積之比大約是1：2，硫酸只是增強溶液的導電性，
（4）根據(jù)氫氣和氧氣的性質以及氫分子與氧分子中都含有兩個原子分析；
Ⅱ．根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析
【實驗結論】由實驗現(xiàn)象分析．

解答 解：Ⅰ．（1）水在電解的過程中分解產生了氫氣和氧氣，故該反應的化學方程式2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑．電解水實驗可得到的結論是：水是由氫、氧兩種元素組成的等，故選：C．
（2）因為水在電解的過程中分解產生了氫氣和氧氣，裝置中壓強變大，水被壓入分液漏斗中，分液漏斗可以調節(jié)壓強，故選C；
（3）電解水時，a端連接電源的負極，產生氫氣；b端連接電源的正極，產生氧氣，且兩者的體積之比大約是2：1，所以A錯B對；過程中硫酸只是增強溶液的導電性，其反應前后的質量不變，故C對，由于隨著水的電解，水的質量不斷減小，硫酸溶液的溶質質量分數(shù)不斷增大，當反應停止時硫酸質量分數(shù)不變，故D對，故選A．
（4）氧氣能使燃著的木條燃燒更旺，氫氣能被燃著的木條點燃，區(qū)分二者的最好選用的方法是用燃著的木條；H₂、O₂的質量比為ρ（H₂）×2：ρ（O₂）×1，H₂、O₂的分子數(shù)之比為：$\frac{ρ（{H}_{2}）×2}{2}$：$\frac{ρ（{O}_{2}）×1}{32}$=32ρ（H₂）：ρ（O₂）；反應后生成物的分子中，H、O原子個數(shù)比32ρ（H₂）×2：ρ（O₂）×2=32ρ（H₂）：ρ（O₂）；
Ⅱ．由表中數(shù)據(jù)可知，電解H₂SO₄溶液各用電器工作時間更長，獲得的電能更多，意味著電解時反應速度更快，溶液的導電性更好，所以H₂SO₄溶液濃度大于KOH溶液．
【實驗結論】閉合K₂，斷開K₁，用電器就可以工作，說明氫氧燃料電池不一定在點燃條件下才能放電．
故答案為：Ⅰ．（1）2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；C．
（2）C；（3）A；（4）用燃著的木條；32ρ（H₂）：ρ（O₂）；
Ⅱ．電解H₂SO₄溶液；＞；
【實驗結論】不一定．

點評 本題難度不大，掌握電解水的實驗現(xiàn)象、結論等并能靈活運用是正確解答本題的關鍵．