Question

1969年美國“阿波羅11號”登月成功。飛船上使用的氫氧燃料電池是一種新型的化學電源，其構造如下圖所示。兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙中逸出，并在電極表面放電。?

（1）a是_______極，b是_______極，電極反應式分別為____________________________。

（2）飛船上宇航員的生活用水由燃料電池提供。已知這種電池發(fā)1度電時能生成350 g水。試計算能量轉化率。?

2H₂(g)+O₂(g)2H₂O(l)　ΔH=-572 kJ·mol^-1?

（3）這種電池的輸出電壓為1.2 V 。要使標有“1.2 V，1.5 W”的小燈泡連續(xù)發(fā)光0.5 h，應消耗標準狀況下的H₂多少升？?

（4）氫氣是燃料電池中最簡單的燃料，雖然使用方便，卻受到價格和來源的限制。常用的燃料往往是某些碳氫化合物，如甲烷（天然氣）、汽油等。請寫出將圖中H₂換成CH₄時所構成的甲烷燃料電池中a極的電極反應式_____________________。此時電池內總的反應式為_________________________。?

Answer 1

解析：（1）根據原電池原理，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，可確定電池正、負極。（4）電池總反應即為兩電極反應之和。?

答案：（1）負　正　2H₂+4OH^-4e^-+4H₂O;O₂+2H₂O+4e^-4OH^-　

（2）由熱化學方程式知，每生成36 g水放出572 kJ熱量，故生成350 g水應放出能量：×572 kJ=5 561 kJ,1度電=3 600 kJ。?

此燃料電池的能量轉化率為×100%=64.7%。?

（3）電流通過燈泡0.5 h，電流做功W=1.5 W×30 min×60 s·min^-1=2 700 J=2.7 kJ。?

若消耗H₂的體積為V，則kJ·mol^-1×64.7%=2.7 kJ,V=0.327 L。

（4）CH₄+10OH^-+7H₂O+8e^-?CH₄+2O₂+2OH^-+3H₂O