Pin nhiên liệu sử dụng ethanol (C2H5OH) được đặc biệt quan tâm do có nguồn nhiên liệu sinh học dồi dào, dễ vận chuyển và ít độc hại. Cấu tạo cơ bản của pin ethanol – oxygen gồm hai điện cực ngăn cách bởi màng trao đổi proton (PEM), mảng này chỉ cho ion H+ đi qua.
Tại cực (-): C2H5OH bị oxi hóa và kết hợp với H2O tạo thành khí CO2, ion H+
Tại cực (+): O2 bị khử và kết hợp với ion H+ tạo thành H2O.
Phản ứng chung trong pin ethanol – oxygen: C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) +3H2O(l) (∗)
Một pin ethanol – oxygen phóng điện trong điều kiện chuẩn được dùng để thắp sáng một bóng đèn LED có công suất 5 W (1 W = 1 J/s). Giả thiết 70% lượng nhiệt sinh ra từ phản ứng (∗) được chuyển hoá thành điện năng. Cho biết nhiệt tạo thành chuẩn của các chất:
| Chất | C2H5OH(l) | CO2(g) | H2O(l) |
| ΔfH°298 (kJ/mol) | -277,6 | -393,5 | -285,8 |
Cho các phát biểu sau:
a) Các electron di chuyển từ cực (+) sang cực (-) qua dây dẫn.
b) Nếu pin tiêu thụ hết 2,3 gam ethanol có thể thắp sáng bóng đèn LED trên liên tục trong 3,8 giờ. (Không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng phần mười)
c) Tại cathode xảy ra quá trình O2 + 4H+ + 4e → 2H2O.
d) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (∗) là -x kJ. Giá trị của x là 1366,8. (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười)
Số phát biểu đúng là
A. 2. B. 3. C. 4. D. 5.
ΔrH°298(∗) = -393,5.2 – 285,8.3 – (-277,6) = -1366,8 kJ
(a) Sai, các electron di chuyển từ cực âm (anode) sang cực dương (cathode) thông qua dây dẫn.
(b) Sai, năng lượng nhiệt được chuyển hóa thành điện từ 2,3 gam ethanol:
E = 70%.1366,8.2,3/46 = 47,838 kJ = 47838 J
Thời gian sáng của bóng đèn = 47838/5 = 9567,6s = 2,7h
(c) Đúng:
Tại anode: C2H5OH + 3H2O —> 2CO2 + 12H+ + 12e
H+ di chuyển xuyên qua màng PEM sang ngăn cathode chứng tỏ tại ngăn cathode O2 bị khử trong môi trường H+: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O.
(d) Đúng.