Question

4．（1）乙醇燃料電池有著廣泛的應(yīng)用，若電解質(zhì)為KOH溶液，寫出電池工作時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
正極的電極反應(yīng)式3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-．
（2）熔融碳酸鹽燃料電池是以熔融的碳酸鹽為電解質(zhì)的燃料電池，其工作原理如圖所示：
①若以氫氣為燃料，則CO₃^2-移向電極a，寫出電極b的電極反應(yīng)：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．
②若以一氧化碳為燃料，則反應(yīng)非常慢，可通過(guò)反應(yīng)CO+H₂O=CO₂+H₂，使一氧化碳轉(zhuǎn)化為氫氣再進(jìn)一步反應(yīng)．
已知25℃時(shí)，C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/mol：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-242kJ/mol
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ/mol則25℃時(shí)，CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的反應(yīng)熱△H=-41 kJ/mol．
?已知反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）在某溫度時(shí)的平衡常數(shù)是9.0．若反應(yīng)開始時(shí)，一氧化碳和水蒸氣的濃度都是0.01mol/L，則一氧化碳在此反應(yīng)條件下的轉(zhuǎn)化率是75%．

Answer 1

分析 （1）乙醇燃料電池中，負(fù)極上是乙醇發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，又因?yàn)殡娊赓|(zhì)是KOH溶液，不會(huì)在電極上放出二氧化碳，據(jù)此書寫；
（2）①在燃料電池中，燃料做負(fù)極，氧氣作正極；電解質(zhì)中的陰離子移向負(fù)極；
②根據(jù)蓋斯定律來(lái)計(jì)算反應(yīng)的焓變；
根據(jù)化學(xué)方程式列三段式結(jié)合平衡常數(shù)列方程進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）乙醇燃料電池中，負(fù)極上是乙醇發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-，故答案為：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-；
（2）①在燃料電池中，燃料做負(fù)極，氧氣作正極，所以若以氫氣為燃料，根據(jù)：CO₃^2-移向電極a，則a為負(fù)極，b為正極，所以電極b為氧氣得電子的還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-，故答案為：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-；
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/mol；H₂O（g）=H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H=242kJ/mol；CO（g）=C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H=111kJ/mol，反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）可以看成是以上三個(gè)反應(yīng)的和，所以反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-394kJ/mol+242kJ/mol+111kJ/mol=-41 kJ/mol；
設(shè)消耗的一氧化碳濃度為c，則：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度：0.01 0.01 0 0
變化濃度：c c c c
平衡濃度：0.01-c 0.01-c c c
則有$\frac{c{\;}^{2}}{（0.01-c）{\;}^{2}}$=9，
解得c=0.0075（mol/L），
一氧化碳在此反應(yīng)條件下的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.0075}{0.01}$×100%=75%，
故答案為：-41 kJ/mol；75%．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道綜合題目，注重對(duì)原電池、蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱、化學(xué)平衡的計(jì)算的考查，考查角度廣，難度較大．