Question

（1）2009年，長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)上獲得新突破，原理如圖所示．
①請(qǐng)寫(xiě)出從C口通入O₂發(fā)生的電極反應(yīng)式

O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O

．
②以石墨電極電解飽和食鹽水，電解開(kāi)始后在

陰極

的周?chē)�（填“陰極”或“陽(yáng)極”）先出現(xiàn)紅色．假設(shè)電池的理論效率為80%（電池的理論效率是指電池產(chǎn)生的最大電能與電池反應(yīng)所釋放的全部能量之比），若消耗6.4g甲醇?xì)怏w，外電路通過(guò)的電子個(gè)數(shù)為

5.8×10²³

（保留兩位有效數(shù)字）．
（2）合成氨所需的氫氣可用煤和水作原料經(jīng)多步反應(yīng)制得，其中的一步反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，200℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為1/2.25，該溫度下，將一定量的CO和H₂O 投入某10L密閉容器，5min時(shí)達(dá)平衡，各物質(zhì)濃度（mol?L^-1）變化如下：

	0min	5min	10min
CO	0.01		0.0056
H2O	0.01		0.0156
CO2	0		0.0044
H2	0		0.0044

①請(qǐng)分別計(jì)算CO和CO₂的平衡濃度

0.006 mol?L^-1

，

0.004 mol?L^-1

．
②CO的平衡轉(zhuǎn)化率為

40%

，欲提高CO的轉(zhuǎn)化率，下列措施中可行的是

be

（填序號(hào)）．
 a．增加壓強(qiáng) b．降低溫度  c．體積不變，再充入CO  d．更換催化劑  e．體積不變，再充入0.1molH₂O
③若5min～10min只改變了某一條件，該條件是

H₂O的濃度

，如何改變的

增大了0.01 mol?L^-1

．

Answer 1

分析：（1）①依據(jù)燃料電池的反應(yīng)原理是燃料燃燒的氧化還原反應(yīng)，燃料在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)；氧氣再正極發(fā)生還原反應(yīng)；結(jié)合電解質(zhì)環(huán)境書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)；
②以石墨電極電解飽和食鹽水，電解開(kāi)始后陰極附近氫離子放電，溶液呈堿性使酚酞變紅；依據(jù)甲醇燃料電池的反應(yīng)，結(jié)合電池的理論效率，利用電子轉(zhuǎn)移進(jìn)行計(jì)算；
（2）①根據(jù)化學(xué)平衡的三段式計(jì)算，結(jié)合平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算得到平衡濃度；
②轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%；提高CO的轉(zhuǎn)化率可以使平衡正向進(jìn)行，增大水蒸氣的濃度；
③和平衡濃度比較分析判斷條件的改變；

解答：解：（1）①根據(jù)裝置可以知道d出生成大量的水，所以e電極是通入的氧氣，反應(yīng)環(huán)境是酸性溶液，發(fā)生電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②以石墨電極電解飽和食鹽水，電解開(kāi)始后陰極附近氫離子放電，溶液呈堿性使酚酞變紅；當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，根據(jù)反應(yīng)2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g），當(dāng)消耗甲醇2mol時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為12mol，所以當(dāng)6.4g甲醇即0.2mol甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是1.2mol，電池的理論效率為80%，則外電路通過(guò)的電子個(gè)數(shù)=1.2mol×80%×6.02×10²³=5.8×10²³；
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；5.8×10²³；
（2）①依據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算，設(shè)一氧化碳消耗濃度為x
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 0.01     0.01      0        0
變化量（mol/L）  x        x        x        x
平衡量（mol/L）0.01-x    0.01-x    x        x
K=

[CO2][H2]

[ CO][H2O]

=

x2

(0.01-x)2

=1/2.25；
得到x=0.004mol/L
CO和CO₂的平衡濃度分別為：0.006 mol?L^-1； 0.004 mol?L^-1；
②CO的平衡轉(zhuǎn)化率=

x

0.01

×100%=

0.004

0.01

×100%=40%
欲提高CO的轉(zhuǎn)化率，下列措施中可行的是：
a．反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，增加壓強(qiáng)，平衡不動(dòng)，故不符合；
b．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向進(jìn)行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故符合
c．體積不變，再充入CO，一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故不符合；
d．更換催化劑對(duì)平衡無(wú)影響，故不符合；
e．體積不變，再充入0.1molH₂O，平衡正向進(jìn)行，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故符合；
故選：be；
故答案為：0.006 mol?L^-1； 0.004 mol?L^-1；40%；be；
③若5min～10min只改變了某一條件，依據(jù)平衡濃度和10min的濃度比較可知，是改變了H₂O的濃度，水的濃度增大了0.01 mol?L^-1或 H₂O的物質(zhì)的量，增大了0.1mol；
故答案為：H₂O的濃度，水的濃度增大了0.01 mol?L^-1或 H₂O的物質(zhì)的量，增大了0.1mol；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了燃料電池的反應(yīng)原理和電極判斷，電極原理的應(yīng)用和電子守恒的計(jì)算應(yīng)用，電極反應(yīng)判斷，化學(xué)平衡的三段式計(jì)算，平衡常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用，轉(zhuǎn)化率的計(jì)算和影響因素的分析，題目綜合性較大．