Câu 20THPT
Pin nhiên liệu hydrogen - oxygen (loại sử dụng chất điện li kiềm - AFC) có cấu tạo gồm hai điện cực xốp (thường làm bằng than chì có chứa chất xúc tác như Ni, Pt hoặc Pd). Hai điện cực này được nhúng vào dung dịch chất điện li là KOH nồng độ khoảng 30%. Khí và được bơm liên tục vào hai điện cực tương ứng. Phản ứng tổng cộng xảy ra khi pin hoạt động phát điện là: . [Hình cần kiểm tra lại: p4_f1]
Pin nhiên liệu hydrogen - oxygen (loại sử dụng chất điện li kiềm - AFC) có cấu tạo gồm hai điện cực xốp (thường làm bằng than chì có chứa chất xúc tác như Ni, Pt hoặc Pd). Hai điện cực này được nhúng vào dung dịch chất điện li là KOH nồng độ khoảng 30%. Khí và được bơm liên tục vào hai điện cực tương ứng. Phản ứng tổng cộng xảy ra khi pin hoạt động phát điện là: . [Hình cần kiểm tra lại: p4_f1]
Các mệnh đề Đúng / Sai:
a)
Trong quá trình pin hoạt động, khối lượng của các điện cực xốp liên tục giảm xuống do bị ăn mòn.
b)
Giả thiết, một hệ thống pin nhiên liệu hydrogen-oxygen cỡ nhỏ được dùng để cung cấp điện cho một thiết bị bay không người lái (drone). Bình chứa của thiết bị đã nạp 0,450 kg khí H. Khi vận hành, pin hoạt động với hiệu suất 60% và tạo ra dòng điện có cường độ trung bình 250A cung cấp cho động cơ. Giả sử không có tổn hao nào khác, thời gian tối đa mà thiết bị bay có thể hoạt động liên tục là 28,95 giờ. (Cho biết: điện tích của 1 mol electron là 96500 C/mol; công thức: q = I.t, trong đó q là điện tích (C), I là cường độ dòng điện (A), t là thời gian (s)).
c)
Tại cathode, quá trình khử oxygen tạo ra các ion OH, các ion này sau đó di chuyển qua dây dẫn để đi về anode.
d)
Tại anode, khí hydrogen bị oxi hóa.
Đáp án chính thức: a:S,b:Đ,c:S,d:Đ
Hướng dẫn giải chi tiết
a) Sai: các điện cực xốp đóng vai trò dẫn điện và làm bề mặt xúc tác, không bị tiêu hao; chất bị tiêu thụ là H và O. b) Đúng: ne = 450 mol; q = 43425000 C; q thực tế = 26055000 C; t = 104220 s = 28,95 giờ. c) Sai: ion OH⁻ di chuyển qua dung dịch điện li hoặc màng trao đổi ion, không qua dây dẫn; dây dẫn là nơi electron chuyển động. d) Đúng: tại anode, , hydrogen bị oxi hóa.
a) Trong pin nhiên liệu, các điện cực xốp thường đóng vai trò dẫn điện và làm bề mặt xúc tác. Chúng không bị tiêu hao liên tục như chất phản ứng. Chất bị tiêu thụ là H và O. Kết luận: Sai.
b) Khối lượng H là 0,450 kg = 450 g. Số mol H: nH = 450 : 2 = 225 mol. Mỗi mol H nhường 2 mol electron, nên số mol electron tối đa là: ne = 225 × 2 = 450 mol. Điện lượng lí thuyết: q = 450 × 96500 = 43425000 C. Pin hoạt động với hiệu suất 60%, nên điện lượng thực tế: q thực tế = 43425000 × 60\% = 26055000 C. Thời gian hoạt động: t = q/I = 26055000 : 250 = 104220 s. Đổi ra giờ: 104220 : 3600 = 28,95 giờ. Kết luận: Đúng.
c) Tại cathode, oxygen bị khử tạo ion OH⁻ là đúng. Tuy nhiên, ion OH⁻ di chuyển qua dung dịch điện li hoặc màng trao đổi ion để về anode, không di chuyển qua dây dẫn. Dây dẫn là nơi electron chuyển động. Kết luận: Sai.
d) Trong pin nhiên liệu kiềm, tại anode xảy ra quá trình oxi hóa H: . Vậy hydrogen bị oxi hóa tại anode. Kết luận: Đúng.
a) Trong pin nhiên liệu, các điện cực xốp thường đóng vai trò dẫn điện và làm bề mặt xúc tác. Chúng không bị tiêu hao liên tục như chất phản ứng. Chất bị tiêu thụ là H và O. Kết luận: Sai.
b) Khối lượng H là 0,450 kg = 450 g. Số mol H: nH = 450 : 2 = 225 mol. Mỗi mol H nhường 2 mol electron, nên số mol electron tối đa là: ne = 225 × 2 = 450 mol. Điện lượng lí thuyết: q = 450 × 96500 = 43425000 C. Pin hoạt động với hiệu suất 60%, nên điện lượng thực tế: q thực tế = 43425000 × 60\% = 26055000 C. Thời gian hoạt động: t = q/I = 26055000 : 250 = 104220 s. Đổi ra giờ: 104220 : 3600 = 28,95 giờ. Kết luận: Đúng.
c) Tại cathode, oxygen bị khử tạo ion OH⁻ là đúng. Tuy nhiên, ion OH⁻ di chuyển qua dung dịch điện li hoặc màng trao đổi ion để về anode, không di chuyển qua dây dẫn. Dây dẫn là nơi electron chuyển động. Kết luận: Sai.
d) Trong pin nhiên liệu kiềm, tại anode xảy ra quá trình oxi hóa H: . Vậy hydrogen bị oxi hóa tại anode. Kết luận: Đúng.