Question

被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点．如图1为氢氧燃料电池

被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点．如图1为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．试回答下列问题：（1）写出氢氧燃料电池工作时正极电极反应方程式：______（2）若将此燃料电池改为以肼（ N2H4）和氧气为原料（其他条件不变），工作时（产物为N2，H2O）负极电极反应式为______（3）用上述氢氧燃料电池作直流电源进行电解，装置如图2所示．若通电5min时，铜电极质量增加2.16g．试回答：①电源中Y电极为直流电源的______极．（填“正”或“负”）②通电5min后B中pH变化：______，（填“增大”、“减小”或“不变”）．③通电5min时氢氧燃料电池中，理论上消耗标准状况下______L氧气．④A中KCl溶液体积也是200mL，通电5min后，溶液的OH-浓度______mol?L-1（设电解前后溶液体积无变化且KCl有剩余）．⑤通电5min时，B中共收集224mL气体（标况），溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为______（设电解前后溶液体积无变化）．

Answer 1

（1）氢氧燃料电池中，电解质溶液为碱，则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，则其电极反应式为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
故答案为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；
（2）肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池工作时，负极上肼失电子发生氧化反应，电极反应式为N₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂↑+4H₂O，
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；
（3）①由铜电极的质量增加，发生Ag⁺+e^-=Ag，则Cu电极为阴极，可知X为电源的负极，Y为正极，故答案为：正；
②B中阴极上铜离子放电，阳极上氢氧根离子放电，则溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH减小，
故答案为：减小；
③由铜电极的质量增加2.16g，发生Ag⁺+e^-=Ag，则银的物质的量为0.02mol，转移电子为0.02mol，已知2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，则消耗的氧气为0.005mol，即0.112 L；
故答案为：0.112；
④由A中发生2KCl+2H₂O

通电  .

2KOH+H₂↑+Cl₂↑～2e^-，
由电子守恒可知，转移0.02mol电子时生成0.02molKOH，忽略溶液体积的变化，
则c（OH^-）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol?L^-1，
故答案为：0.1；
⑤由电子守恒可知，转移0.02mol电子时，B中阳极反应为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，则转移0.02mol电子生成氧气为0.005mol，其体积为0.005mol×22.4L/mol=0.112L=112mL，
则在阴极也生成112mL气体，由2H⁺+2e^-═H₂↑，则氢气的物质的量为0.005mol，该反应转移的电子为0.01mol，
则Cu²⁺+2e^-═Cu中转移0.01mol电子，所以Cu²⁺的物质的量为0.005mol，通电前c（CuSO₄）=

0.005mol

0.2L

=0.025 mol?L^-1；
故答案为：0.025 mol?L^-1．