Номер 6, страница 9 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 1. Классификация простых веществ. Водород. Глава 1. Неметаллы - номер 6, страница 9.

Условие.

6. Опишите принцип действия водородно-кислородного топливного элемента.

Решение.

Решение 2.

6. Опишите принцип действия водородно-кислородного топливного элемента.

Водородно-кислородный топливный элемент — это электрохимическое устройство, которое преобразует химическую энергию водорода и кислорода непосредственно в электрическую энергию, тепло и воду. Его работа основана на окислительно-восстановительной реакции между водородом и кислородом, протекающей в контролируемых условиях.

Ключевыми компонентами топливного элемента являются: анод (отрицательный электрод, куда подается водород $H_2$), катод (положительный электрод, куда подается кислород $O_2$), электролит (чаще всего протонно-обменная мембрана, которая разделяет электроды и пропускает только ионы водорода, то есть протоны $H^+$) и катализатор (обычно платина, нанесенная на электроды для ускорения реакций).

Процесс работы можно описать следующими этапами:

1. На аноде. Газообразный водород ($H_2$) подается на анод. Под действием катализатора молекулы водорода окисляются (теряют электроны), распадаясь на протоны ($H^+$) и электроны ($e^-$).
Уравнение реакции на аноде: $2H_2 \rightarrow 4H^+ + 4e^-$

2. Движение частиц. Образовавшиеся протоны ($H^+$) проходят сквозь мембрану-электролит к катоду. Электроны ($e^-$) не могут пройти через мембрану, поэтому они движутся по внешней электрической цепи от анода к катоду. Это упорядоченное движение электронов и есть электрический ток, который можно использовать для работы электроприборов.

3. На катоде. Кислород ($O_2$), обычно из воздуха, подается на катод. Здесь он вступает в реакцию с протонами ($H^+$), пришедшими через мембрану, и электронами ($e^-$), поступившими по внешней цепи. В результате реакции восстановления кислорода образуется вода ($H_2O$), которая является единственным побочным продуктом работы элемента.
Уравнение реакции на катоде: $O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O$

Суммарная реакция в топливном элементе объединяет процессы на аноде и катоде. В результате получается реакция соединения водорода и кислорода, в ходе которой выделяется электрическая энергия, тепло и образуется вода.
Суммарное уравнение: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

Таким образом, топливный элемент работает непрерывно, пока в него подаются реагенты (водород и кислород). В отличие от аккумуляторов, он не хранит энергию, а генерирует ее, и не требует перезарядки, а лишь "дозаправки" топливом.

Ответ: Принцип действия водородно-кислородного топливного элемента основан на электрохимической реакции, в ходе которой на аноде водород расщепляется на протоны и электроны. Протоны проходят через мембрану-электролит к катоду, а электроны движутся по внешней цепи, создавая электрический ток. На катоде кислород, протоны и электроны соединяются, образуя воду. Этот процесс позволяет напрямую преобразовывать химическую энергию топлива в электричество, при этом единственным продуктом реакции является вода.