Question

8．通常氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種，試回答下列問題：
（1）在酸式介質(zhì)中，負極材料為石墨，正極材料為石墨，酸式電池的電極反應：負極：2H₂-4e^-=4H⁺，正極：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．電解質(zhì)溶液PH的變化變大（填“變大”，“變小”，“不變”）
（2）在堿式介質(zhì)中，堿式電池的電極反應：負極：2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O，正極：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-
電解質(zhì)溶液PH的變化變小（填“變大”，“變小”，“不變”）
（3）氫氧燃料電池汽車作為上海世博園中的交通工具之一，下列有關(guān)說法不正確的是C．
A．太陽光催化分解水制氫氣比電解水氣氫氣更為科學
B．氫氧燃料電池作為汽車動力更能保護環(huán)境
C．以稀H₂SO₄、KOH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的負極電極反應式相同
D．以稀H₂SO₄、KOH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的總反應式相同
（4）純電動車采用了高效耐用的一種新型可充電電池，該電池的總反應式為：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH．
①該電池放電時負極反應式為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂．
②放電時每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1 mol K₂FeO₄被還原．
（5）錳酸鋰離子電池在混合動力車等大型蓄電池應用領(lǐng)域占據(jù)主導地位．電池反應式為：Li_1-xMnO₄+Li_x$?_{充電}^{放電}$LiMnO₄，下列有關(guān)說法不 正確的是C．
A．放電時電池的正極反應式為：Li_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-═LiMnO₄
B．放電過程中，石墨沒有得失電子
C．該電池也能在KOH溶液的環(huán)境中正常工作
D．充電時電池上標有“-”的電極應與外接電源的負極相連．

Answer 1

分析 （1）在酸性氫氧燃料電池中電極本身不放電，氫氣在負極失電子，被氧化，氧氣在正極得電子，被還原；
（2）在堿式介質(zhì)中，氫氣失去電子生成氫離子，氫離子結(jié)合氫氧根離子生成水；
（3）A、太陽能催化分解水制氫氣將太陽能直接轉(zhuǎn)化為化學能；
B、氫氧燃料電池產(chǎn)物無污染；
C、以稀H₂SO₄、KOH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的負極在不同介質(zhì)中反應式不同；
D、以稀H₂SO₄、KOH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的總反應式相同；
（4）①放電時，負極上鋅失電子發(fā)生氧化反應；
②放電時，正極上1molK₂FeO₄得3mol電子發(fā)生還原反應生成1molFe（OH）₃；
（5）放電時的反應為Li_1-xMnO₄+Li_x=LiMnO₄，化合物中Li元素的化合價降低，單質(zhì)L中i元素的化合價升高，結(jié)合原電池中負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應來解答．

解答 解：（1）在酸性氫氧燃料電池中，石墨作電極，在負極由氫氣失電子生成氫離子，電極反應為2H₂-4e^-=4H⁺；在正極由氧氣得電子生成氫氧根離子，生成的氫氧根離子結(jié)合氫離子生成水，電極反應為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，由于正負極消耗與生成的氫離子等量，所以氫離子的總量不變，而總電極反應式為2H₂+O₂2H₂O，水的總量增加，故PH變大，
故答案為：石墨；石墨；2H₂-4e^-=4H⁺；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；變大；
（2）在堿式介質(zhì)中，氫氣在負極失去電子生成氫離子，氫離子結(jié)合氫氧根離子生成水，電極反應式為2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O；氧氣在正極得電子生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，由于正負極消耗與生成的氫氧根離子等量，所以氫氧根離子的總量不變，而總電極反應式為2H₂+O₂=2H₂O，水的總量增加，故PH變小，
故答案為：2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；變�。�
（3）A、電解獲得H₂消耗較多的能量，而在催化劑作用下利用太陽能來分解H₂O獲得H₂更為科學，故A正確；
B、氫氧燃料電池產(chǎn)物H₂O無污染，能有效保護環(huán)境，故B正確；
C、以稀H₂SO₄、KOH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的負極電極反應式分別為：H₂-2e^-═4H⁺，H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，不相同，故C錯誤；
D、以稀H₂SO₄、KOH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的總反應式均為2H₂+O₂=2H₂O，故D正確．
故選C；
（4）①放電時，負極上鋅失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，故答案為：Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂；
②放電時，正極上1molK₂FeO₄得3mol電子發(fā)生還原反應生成1molFe（OH）₃，所以每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1molK₂FeO₄被還原，故答案為：1；
（5）A、根據(jù)總反應式可知Li失去電子，電池負極反應式為：xLi-xe^-═xLi⁺，由總反應式減去負極反應式可得放電時的正極反應式為Li_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-═LiMnO₄，故A正確；
B、放電過程中，根據(jù)總反應式Li_1-xMnO₄+Li_x$?_{充電}^{放電}$LiMnO₄，可判斷石墨沒有電子得失，故B正確；
C、Li能與KOH溶液中的H₂O反應，導致電池無法正常工作，故C錯誤；
D、充電過程是放電的逆向過程，外界電源的負極提供的電子使原電池負極獲得電子發(fā)生還原反應，所以標有“-”的電極應與外接電源的負極相連，故D正確．
故答案為：C．

點評 本題考查電解池與原電池，需要明確電極反應中放電為原電池，而充電為電解池，氫氧燃料電池的負極在不同介質(zhì)中反應式不同，題目難度較大．