1969年美国“阿波罗11号”登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电源，其构造如下图所示。两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放

Question

1969年美国“阿波罗11号”登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电源，其构造如下图所示。两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。

（1）a是_______极，b是_______极，电极反应式分别为____________________________。

（2）飞船上宇航员的生活用水由燃料电池提供。已知这种电池发1度电时能生成350 g水。试计算能量转化率。

2H ₂ (g)+O ₂ (g) 2H ₂ O(l)　Δ H =-572 kJ·mol ^-1 

（3）这种电池的输出电压为1.2 V 。要使标有“1.2 V，1.5 W”的小灯泡连续发光0.5 h，应消耗标准状况下的H ₂ 多少升？

（4）氢气是燃料电池中最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如甲烷（天然气）、汽油等。请写出将图中H ₂ 换成CH ₄ 时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式_____________________。此时电池内总的反应式为_________________________。

Answer 1

解析：（1）根据原电池原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，可确定电池正、负极。（4）电池总反应即为两电极反应之和。

答案：（1）负　正　2H ₂ +4OH ^- 4e ^- +4H ₂ O;O ₂ +2H ₂ O+4e ^- 4OH ^- 　

（2）由热化学方程式知，每生成36 g水放出572 kJ热量，故生成350 g水应放出能量： ×572 kJ=5 561 kJ 1度电=3 600 kJ。

此燃料电池的能量转化率为 ×100%=64.7%。

（3）电流通过灯泡0.5 h，电流做功W=1.5 W×30 min×60 s·min ^-1 =2 700 J=2.7 kJ。

若消耗H ₂ 的体积为V，则 kJ·mol ^-1 ×64.7%=2.7 kJ V=0.327 L。

（4）CH ₄ +10OH ^- +7H ₂ O+8e ^- CH ₄ +2O ₂ +2OH ^- +3H ₂ O