Question

【題目】[2016天津節選]氫能是發展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個環節。回答下列問題：

（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點是_________(至少答出兩點)。但是氫氣直接燃燒的能量轉換率遠低于燃料電池，寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應式：____________。

（2）利用太陽能直接分解水制氫，是最具吸引力的制氫途徑，其能量轉化形式為_______。

（3）化工生產的副產氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣：Fe+2H2O+2OHFeO42+3H2↑，工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色FeO42，鎳電極有氣泡產生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區會產生紅褐色物質。已知：Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，易被H2還原。

①電解一段時間后，c(OH)降低的區域在_______(填“陰極室”或“陽極室”)。

②電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，其原因為_______。

③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2，任選M、N兩點中的一點，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_____________。

Answer 1

【答案】（1）污染小 可再生 來源廣 資源豐富 燃燒熱值高（任寫其中2個）

H2+2OH--2e-=2H2O

（2）光能轉化為化學能

（3）①陽極室

②防止Na2FeO4與H2反應使產率降低

③M點：c(OH-)低，Na2FeO4穩定性差，且反應慢

N點：c(OH-)過高，鐵電極上有Fe(OH)3（或Fe2O3）生成，使Na2FeO4產率降低。

【解析】（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點有污染小；可再生；來源廣；資源豐富；燃燒熱值高等，堿性氫氧燃料電池的負極反應式為H2+2OH--2e-=2H2O，故答案為：污染小；可再生；來源廣；資源豐富；燃燒熱值高；H2+2OH--2e-=2H2O

（2）利用太陽能直接分解水制氫，是將光能轉化為化學能，故答案為：光能轉化為化學能；

（3）①根據題意鎳電極有氣泡產生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極作陽極，發生氧化反應，溶液中的氫氧根離子減少，因此電解一段時間后，c(OH)降低的區域在陽極室，故答案為：陽極室；

②氫氣具有還原性，根據題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，易被H2還原。電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，防止Na2FeO4與H2反應使產率降低，故答案為：防止Na2FeO4與H2反應使產率降低。

③根據題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，在M點，c(OH-)低，Na2FeO4穩定性差，且反應慢，在N點：c(OH-)過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產率降低，故答案為：M點：c(OH-)低，Na2FeO4穩定性差，且反應慢，或N點：c(OH-)過高，鐵電極上有Fe(OH)3（或Fe2O3）生成，使Na2FeO4產率降低。