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80
PARTY 電気化
30
ソロモン
首都:ホニアラ
フバル
首都フナフティ
THEME
10
電池
例題 20燃料電池
次の文章を読み、(ア) には有効数字2桁の数値,(イ) (ウ)に
は有効数字3桁の数値を入れよ。 ただし、 気体は理想気体とし, その1mol
あたりの体積は22.4L (標準状態)であり, ファラデー定数F=9.65×
10°C/mol とする。
燃料電池は、還元剤である水素と酸化剤である酸素との化学反応に
よって、電気を外部に取り出す装置である。 通常の電池では,還元剤や
酸化剤が消費されると電気を取り出すことができなくなるが,燃料電池
では燃料である水素と酸素を外部から供給することによって、連続的
に電気を取り出せるという利点がある。
リン酸型の水素ー酸素燃料電池で電流を取り出すとき, 負極では水素
が消費され, 正極では酸素が消費される。 この電池を回路につないで電
流を流したところ、負極では水素が標準状態に換算して465mL消費さ
れた。このとき、回路を流れた電子の物質量は(ア) mol である。
アポロ計画の宇宙船やスペースシャトルでは、水酸化カリウム水溶液
を用いたアルカリ型燃料電池が電源として使用された。この燃料電池を、
77.2 A の一定電流で, 19日間連続的に運転するためには、(イ) Lの液
体酸素(密度 1.14g/cm²)が必要である。このとき、燃料電池の負極では
水が生成する。また,この燃料電池の負極で19日間に生じる水(密度
1.00g/cm²)の体積は(ウ) Lであり、この水は宇宙飛行士の飲料水など
に用いられた。
ADVICE
STEP1 情報の整理
『まず、電極反応を明らかにしよう』
(ア)
水素 酸素燃料電池
(リン酸型)
正徳
02 + 4H+ + 4巻 → 2H2O
負極
H2 → 2H+ + 2e
... la表
(イ)
(ウ)
↓OHを足すだけ
02 + 2H2O + 4e → 40H
正
水素・酸素燃料電池
(アルカリ型)
H2 + 20H
負極
(2H2+40H-
10
池
2H20+ 2e-
... Ib表
4H20+4e - )
『次に,流れた電子の物質量を明らかにしよう』
| (ア)
正極も負極も同物質量
流れた電子 e の物質量は不明なので, x[mol] とおく。
・・・Ⅱa 表
(イ)(ウ)
一正極も負極も同物質量
流れた電子 e の物質量=
77.2 (A) × (19×24×60×60)秒
9.65x10' (C/mol)
･･･ Ib 表
=1.313×10(mol)
『さらに,与えられている物質の量を明らかにし、問われている物
質の量を記号化しよう』
(ア)
慶応義塾大,東京都市大,富山大
負極
発生した水素の体積: (465mL=) 4.65×10-'L
・・・Ⅲa 表
(イ)(ウ)
正極
必要な 02 の質量: a〔g)
負極
生じるH2Oの質量: b(g)
ダニエル電池, 鉛蓄電池, 水素酸素燃料電池 (リン酸型, アルカリ型)
の電極反応については、素早く確実に書けるようにしておきましょう。
...b
