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考點(diǎn)四十一 燃料電池 1．氫氧燃料電池，其電池總反應(yīng)為2H2＋O2===2H2O。下列說法不正確的是 A． 可利用太陽能分解水制氫氣 B． 通入氧氣一極為負(fù)極 C． 酸性介質(zhì)中，陰極反應(yīng)為：O2 + 4H+ +4e- ==2H2O D． 可用酸、堿、熔融碳酸鹽、固體電解質(zhì)作為電解質(zhì) 【答案】B 2．下列有關(guān)電池的說法不正確的是( ) A． 手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池 B． 燃燒植物的秸稈和枝葉以獲取熱量和肥料屬于生物質(zhì)能的利用方式 C． 廢電池必須進(jìn)行集中處理，其首要原因是不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品 D． 氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲存在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置 【答案】C 【解析】A. 鋰離子電池能進(jìn)行充電和放電，所以屬于二次電池，故正確；B. 燃燒植物的秸稈和枝葉，有機(jī)物與空氣中的氧氣反應(yīng)，生成二氧化碳和水，同時(shí)將儲存在有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來，屬于生物質(zhì)能的利用，故正確；C. 廢電池必須進(jìn)行集中處理，其首要原因是防止鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染，故錯(cuò)誤；D. 氫氧燃料電池在兩極上通入的是氫氣和氧氣，是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲存在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置，故正確。 3．下列有關(guān)電池的敘述正確的是 A． 氫氧燃料電池屬于環(huán)境友好電池，能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)100％ B． 鋅錳干電池是一種常用的二次電池 C． 鋅錳干電池工作一段時(shí)間后鋅外殼逐漸變薄 D． 鉛蓄電池負(fù)極是PbO2，正極是Pb 【答案】C 【解析】A.燃料電池轉(zhuǎn)化率不可能為100%，故A錯(cuò)誤；B．鋅錳干電池是一種常用的一次電池，故B錯(cuò)誤； C. 鋅錳干電池工作過程中，負(fù)極反應(yīng)為：Zn-2e-=Zn2+，鋅外殼不斷被腐蝕而逐漸變薄，故C正確；D. 鉛蓄電池負(fù)極是Pb，正極是PbO2，故D錯(cuò)誤。 4．微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列說法正確的是（ ） A． HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO42- 的反應(yīng)為:HS-+4H2O-8e-== SO42-+9H+ B． 電子從b流出，經(jīng)外電路流向a C． 如果將反應(yīng)物直接燃燒,能量的利用率不會變化 D． 若該電池電路中有0.4mol 電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則有0.45molH+通過質(zhì)子交換膜 【答案】A 5．一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是（ ） A． 反應(yīng)CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol 電子 B． 電極A上H2參與的電極反應(yīng)為：H2＋2OH－－2e－===2H2O C． 電池工作時(shí)，CO32—向電極A移動，電子由A極經(jīng)電解質(zhì)流向B極 D． 電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為：O2＋2CO2＋4e－===2CO32— 【答案】D 【解析】A. 反應(yīng)CH4＋H2O3H2＋CO，碳元素化合價(jià)從-4價(jià)升高到+2價(jià)，氫元素化合價(jià)從+1價(jià)降低到0價(jià)，每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移6 mol 電子，故錯(cuò)誤；B. 電解質(zhì)沒有氫氧根離子，負(fù)極電極A上H2參與的電極反應(yīng)為：H2＋CO32-－2e－=H2O+CO2，故錯(cuò)誤；C. 電池工作時(shí)，CO32—向負(fù)極移動，即向電極A移動，電子只能通過導(dǎo)線，不能經(jīng)過溶液，故錯(cuò)誤；D. B為正極，正極為氧氣得到電子，電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為：O2＋2CO2＋4e－===2CO32—，故正確。 6．向新型燃料電池的兩極分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO3固體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2-。圖中濾紙用含有酚酞的氯化鈉溶液浸泡過，c、d、e、f均為惰性電極，工作后e極周圍變紅。下列敘述正確的是（ ） A． c極為正極,A處通入甲烷氣體 B． d極的反應(yīng)式為O2+2H2O+4e- = 4OH- C． 固體電解質(zhì)中O2-由d極向c極移動 D． e極上發(fā)生氧化反應(yīng)，pH增大 【答案】C 7．2017年5月18日，我國海域天然氣水合物試采成功，下列分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理，其裝置如下圖所示，其中的固體電解質(zhì)是 Y2O3－Na2O，O2－可以在其中自由移動。下列有關(guān)敘述正確的是 ( ) A． 該分析儀工作時(shí)，電極a為正極 B． 電極a的反應(yīng)式為：CH4 + 10OH－－8e－=CO32－+7H2O C． 當(dāng)固體電解質(zhì)中有1 mol O2－通過時(shí)，電子轉(zhuǎn)移4mol D． 該分析儀可用于分析空氣中的天然氣的含量 【答案】D 8．鎂燃料電池具有比能量高、使用安全方便、原材料來源豐富、成本低、燃料易于貯運(yùn)及污染小等特點(diǎn)。如圖為鎂——次氯酸鹽燃料電池的工作原理圖，下列有關(guān)說法不正確的是( ) A． 該燃料電池中鎂為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng) B． 正極反應(yīng)式為ClO―+H2O+2e―= Cl―+2OH― C． 放電過程中OH―移向正極移動. D． 電池總反應(yīng)式為Mg+ClO―+H2O=Mg(OH)2↓+Cl― 【答案】C 【解析】A．鎂失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，所以A選項(xiàng)是正確的；B．正極上雙氧水得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為ClO-+H2O+2e-= Cl-+2OH-，所以B選項(xiàng)是正確的；C．放電過程中氫氧根離子向負(fù)極移動，所以C選項(xiàng)是錯(cuò)誤的； D．鎂在負(fù)極上失電子生成鎂離子，次氯酸根離子在正極上得電子和水生成氯離子和氫氧根離子，所以電池反應(yīng)式為Mg+ ClO-+H2O=Mg(OH)2↓+ Cl-，所以D選項(xiàng)是正確的。 9．鎂燃料電池具有比能量高、使用安全方便、原材料來源豐富、成本低、燃料易于貯運(yùn)及污染小等特點(diǎn)。如圖為鎂——次氯酸鹽燃料電池的工作原理圖，下列有關(guān)說法不正確的是( ) A． 該燃料電池中鎂為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng) B． 正極反應(yīng)式為ClO―+H2O+2e―= Cl―+2OH― C． 放電過程中OH―移向正極移動. D． 電池總反應(yīng)式為Mg+ClO―+H2O=Mg(OH)2↓+Cl― 【答案】C 10．對利用甲烷消除NO2污染進(jìn)行研究，CH4+2NO2N2+CO2+2H2O。在1L密閉容器中，控制不同溫度，分別加入0.50molCH4和1.2molNO2，測得n(CH4)隨時(shí)間變化的有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表。下列說法正確的是( ) A． 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知實(shí)驗(yàn)控制的溫度T2>T1 B． 組別①中，0-20min內(nèi)，NO2的降解速率為0.0125molL-1min-1 C． 40min時(shí)，表格中T2對應(yīng)的數(shù)據(jù)為0.18 D． 0~10min內(nèi)，CH4的降解速率:①>② 【答案】A 【解析】A、溫度越高反應(yīng)速率越大，達(dá)平衡所需要越短，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知實(shí)驗(yàn)控制的溫度T2>T1，選項(xiàng)A正確；B、隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度降低，反應(yīng)速率減小，故組別①中，0-20min內(nèi)，NO2的降解速率為0.0125molL-1min-1，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C、40min時(shí)，表格中T2對應(yīng)的數(shù)據(jù)為0.15-0.18之間，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D、0~10min內(nèi)，CH4的降解速率:②>①，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 11．美國一個(gè)海軍航空站曾安裝了一臺250 kW的MCFC型燃料電池，該電池可同時(shí)供應(yīng)電和水蒸氣，其工作溫度為600 ℃～700 ℃，所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3，已知該電池的總反應(yīng)為：2H2＋O2===2H2O，負(fù)極反應(yīng)為：2H2＋2CO32—－4e－===2H2O＋2CO2，則下列推斷中正確的是( ) A． 正極反應(yīng)為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B． 該電池的電極沒有參加反應(yīng) C． 電池供應(yīng)1mol水蒸氣，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4 mol D． O2從正極通入，發(fā)生氧化反應(yīng) 【答案】B 12．新型電池的開發(fā)與使用在現(xiàn)代社會中已很普遍，一種水煤氣燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)90%以上。下列說法正確的是 A． 總反應(yīng)為2CO+O2==2CO2 B． 負(fù)極反應(yīng)為H2-2e—==2H+、CO-2e—+H2O==CO2+2H+ C． 電路中通過4 mol電子，正極消耗22.4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)空氣 D． 有機(jī)固體中的H+在放電時(shí)向正極移動，造成正極pH減小 【答案】B 13．一種新型的燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，其總反應(yīng)為：2C2H6+7O2+8KOH═4K2CO3+10H2O，有關(guān)此電池的推斷正確的是 A． 負(fù)極反應(yīng)為14H2O+7O2+28e﹣═28OH﹣ B． 放電一段時(shí)間后，負(fù)極周圍的酸性減弱 C． 每消耗1 mol C2H6， 則電路上轉(zhuǎn)移的電子為14 mol D． 放電過程中KOH的物質(zhì)的量濃度不變 【答案】C 【解析】A、負(fù)極上乙烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式C2H6+18OH-=2CO32--14e-+12H2O,正極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e﹣═4OH﹣，故A錯(cuò)誤;B、放電過程中,負(fù)極上氫氧根離子參加反應(yīng)導(dǎo)致濃度降低,所以堿性減弱,pH下降,故B錯(cuò)誤；C.根據(jù)C2H6+18OH-=2CO32--14e-+12H2O可以知道,每消耗1 mol C2H6,則電路上轉(zhuǎn)移的電子為14 mol,故C正確；D、該反應(yīng)中有水生成,導(dǎo)致溶液體積增大,KOH參加反應(yīng)導(dǎo)致物質(zhì)的量減少,所以KOH濃度降低,故D錯(cuò)誤。 14．一種用于驅(qū)動潛艇的液氨-液氧燃料電池原理示意如圖，下列有關(guān)該電池說法正確的是 A． 該電池工作時(shí)，每消耗22.4L NH3轉(zhuǎn)移3mol電子 B． 電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B C． 電池工作時(shí)，OH－向電極B移動 D． 電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為：O2+ 4H＋+ 4e－＝2H2O 【答案】B 15．如圖所示是一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料，氧氣為氧化劑，某固體氧化物為電解質(zhì)的新型燃料電池。該固體氧化物電解質(zhì)的工作溫度高達(dá)700 -900℃時(shí)，O2-可在該固體氧化物電解質(zhì)中自由移動，反應(yīng)生成物均為無毒無害的物質(zhì)。下列說法正確的是 A． 電極甲發(fā)生還原反應(yīng) B． 電池內(nèi)的O2-由電極乙移向電極甲 C． 電池總反應(yīng)為N2H4 +2O2= 2NO +2H2O D． 當(dāng)甲電極上有l(wèi)mol N2H4消耗時(shí)，乙電極上有22.4L O2參與反應(yīng) 【答案】B 【解析】A、通氧氣一極為正極，通N2H4的一極為負(fù)極，即電極甲為負(fù)極，依據(jù)原電池的工作原理，電極甲上發(fā)生氧化反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；B、根據(jù)原電池的工作原理，O2－從正極移向負(fù)極，故B正確；C、因?yàn)榉磻?yīng)生成無毒無害物質(zhì)，即N2H4轉(zhuǎn)化成N2和H2O，故C錯(cuò)誤；D、題目中沒有說明條件是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況下，因此無法計(jì)算氣體的體積，故D錯(cuò)誤。 16．燃料電池作為安全性能較好的一類化學(xué)電源得到了更快的發(fā)展，一種以聯(lián)氨（N2H4）為燃料的環(huán)保電池工作原理如圖所示，工作時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定無污染的物質(zhì)。下列說法正確的是 A． M極生成氮?dú)馇译姌O附近pH降低 B． 負(fù)極上每消耗1 mol N2H4，會有2 molH+通過質(zhì)子交換膜 C． 正極的電極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-=4OH- D． 電極M是原電池的正極 【答案】A 【解析】根據(jù)圖中氫離子的移動方向可知電極N為正極，電極M為負(fù)極，燃料電池中的聯(lián)氨在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：N2H4-4e-=N2↑+4H+，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O2+4H++4e-=2H2O。 A項(xiàng)，結(jié)合分析可知電極M為負(fù)極，電極反應(yīng)式為：N2H4-4e-=N2↑+4H+，生成氮?dú)?，且會生成H+，導(dǎo)致電極M附近的pH降低，故A項(xiàng)正確；B項(xiàng)，結(jié)合分析可知電極M為負(fù)極，聯(lián)氨在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)式可知每消耗 1molN2H4，轉(zhuǎn)移4mol電子，會有4molH+通過質(zhì)子交換膜，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)，結(jié)合分析可知正極的電極反應(yīng)式：O2+4H++4e-=2H2O，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；D項(xiàng)，根據(jù)圖中氫離子的移動方向可知電極N為正極，電極M為負(fù)極，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 17．利用反應(yīng)6NO2＋8NH3 =7N2＋12H2O構(gòu)成電池的裝置如圖所示。下列說法正確的是（ ） A． 電子從右側(cè)B電極經(jīng)過負(fù)載后流向左側(cè)A電極 B． 當(dāng)有2.24 L NO2被處理時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.4NA C． 電極A極反應(yīng)式為2NH3－6e－= N2＋6H+ D． 為使電池持續(xù)放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜 【答案】D 18．能源是人類共同關(guān)注的重要問題。頁巖氣是從頁巖層中開采出來的一種非常重要的天然氣資源，頁巖氣的主要成分是甲烷，是公認(rèn)的潔凈能源。 （1）頁巖氣不僅能用作燃料，還可用于生產(chǎn)合成氣(CO和H2)。CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng) CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1 已知：①CH4、H2、CO 的燃燒熱（△H）分別為-a kJ?mol-1、-b kJ?mol-1、-c kJ?mol-1； ②H2O (l) =H2O(g)； △H=+dkJ?mol-1 則△H1= ___________（用含字母a、b、c、d的代數(shù)式表示）kJ?mol-1。 （2）用合成氣生成甲醇的反應(yīng)為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2，在10L恒容密閉容器中按物質(zhì)的量之比1∶2充入CO和H2，測得CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示，200℃時(shí)n(H2)隨時(shí)間的變化如下表所示： t/min 0 1 3 5 n(H2)/mol 8.0 5.4 4.0 4.0 ①△H2_________ (填“>”“<”或“ = ”)0。 ②下列說法正確的是____________ (填標(biāo)號）。 a.溫度越高，該反應(yīng)的平衡常數(shù)越大 b.達(dá)平衡后再充入稀有氣體，CO的轉(zhuǎn)化率提高 c.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到最大限度 d.圖中壓強(qiáng)p1”、“<”或“=”）。如反應(yīng)開始時(shí)仍充入10 mol CO和20 mol H2，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積V(B)=__________L。 （3）關(guān)于反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化學(xué)平衡狀態(tài)B時(shí)的描述正確的是________ A．CO的含量保持不變 B．容器中CH3OH濃度與CO濃度相等 C．2v正(CH3OH)= v正(H2) D．容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變 （4）已知CO2(g)+H2(g) CO(g) + H2O(g) △H = + 41.3 kJmol－1 ，試寫出由CO2和H2制取甲醇的熱化學(xué)方程式___________________________________。 （5）以CH3OH、O2、稀H2SO4組成燃料電池，寫出該電池正極的電極反應(yīng)式：_________________。 【答案】4L2/mol2<4ADCO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H = －49.5kJmol－1O2 + 4e- + 4H+= 2H2O 20．化學(xué)反應(yīng)原理在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。 （1）工業(yè)生產(chǎn)可以用NH3(g)與CO2(g)經(jīng)兩步反應(yīng)生成尿素，兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如下： 則NH3(g)與CO2(g)反應(yīng)生成尿素的熱化學(xué)方程式為___________________________。 （2）已知反應(yīng)Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g) ΔH＝a kJmol－1。測得在不同溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如下： 溫度(℃) 500 700 900 K 1.00 1.47 2.40 ①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為____________，a________0(填“>”、“<”或“＝”)。在500 ℃ 2 L密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，F(xiàn)e和CO2的起始量均為4 mol，則5 min后達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為________，生成CO的平均速率v(CO)為_______________。 ②700 ℃反應(yīng)達(dá)到平衡后，要使反應(yīng)速率增大且平衡向右移動， 可采取的措施有 ___________。 （3）利用CO與H2可直接合成甲醇，下圖是由“甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的工作原理示意圖，寫出以石墨為電極的電池工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式_____________________，利用該電池電解1L 0．5mol/L的CuSO4溶液，當(dāng)消耗560mLO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，電解后溶液的pH＝_________（溶液電解前后體積的變化忽略不計(jì)）。 【答案】2NH3（g）+CO2（g）?H2O（l）+H2NCONH2（s）△H=-134kJ?mol-1K=c(CO)/c(CO2)>50%0.2mol/(L.min)增加 CO2 的量、升高溫度（填一種即可）CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+1 CO2的量或者升高溫度， 因此，本題正確答案是：增加 CO2 的量或升高溫度； (3)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+，當(dāng)消耗560mLO2 (標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí)即=0.025mol，根據(jù)電子守恒4OH-~O2~4e-，則消耗的氫氧根離子物質(zhì)的量為0.025mol 4=0.1mol，所以溶液中氫離子的濃度為：=0.1mol/L，故pH=1，本題正確答案是：CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+；1。 21．霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)。其中,汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí) ，c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時(shí)間(t)的變化曲線，如圖所示。 據(jù)此判斷: ①該反應(yīng)的溫度T2____ T1 (填“>”或“<”)。 ②在T1溫度下，0～2 s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(N2)=___________。 ③當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí),增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。若增大催化劑的表面積,則CO轉(zhuǎn)化率__ (填“增大”“減小”或“不變”)。 ④若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行,下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是____(填字母)。 a b c （2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。 ①煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物,用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。 例如:CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867.0 kJ/mol 2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-56.9 kJ/mol 寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2、CO2和H2O(g)的熱化學(xué)方程式:_________________。 ②將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用,可達(dá)到低碳排放的目的。下圖是通過人工光合作用,以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。電極a、b表面發(fā)生的電極反應(yīng)式分別為a:____________________, b:___________________________________。 【答案】＜0.05mol/(Ls)不變cH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－810.1kJmol－12H2O－4e－=O2↑＋4H＋2CO2＋4H＋＋4e－=2HCOOH +2H2O（g），△H=﹣810.1kJ/mol；綜上所述，本題答案是：CH4(g)＋N2O4(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－810.1kJmol－1。 ②由圖可知，左室投入水，生成氧氣與氫離子，電極a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，電極反應(yīng)式為2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+，右室通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極b表面發(fā)生還原反應(yīng)，為正極，電極反應(yīng)式為2CO2+4e﹣+4H+═2HCOOH；綜上所述，本題答案是：2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+；2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH。 22．甲醇被稱為21世紀(jì)的新型燃料,研究和合成甲醇有著重要的意義。 (1)已知：①H2(g)+1/2O2(g)H2O(l) ΔH1<0；②CO2(g)CO(g)+1/2O2(g) ΔH2>0；③甲醇的燃燒熱為ΔH3。試用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)的ΔH, 則ΔH=__kJmol-1。 (2)該方法生產(chǎn)甲醇是目前工業(yè)上常用的方法。在一定溫度下，向2L密閉容器中充入1mol CO和2mol H2，發(fā)生反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)， 5分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為80%。請回答： ①下列敘述合確的是__________(填編號)。 A．達(dá)到平衡時(shí),移走部分甲醇，平衡將向右移動，正反應(yīng)速率加快 B．縮小容器的體積，平衡將向右移動，c(CO)將變大 C．在相同的條件下，若使用甲催化劑能使正反應(yīng)速率加快105倍，使用乙催化劑能使逆反應(yīng)速率加快108倍，則應(yīng)該選用乙催化劑 D．若保持平衡時(shí)的溫度和容積不變，再向容器中充入0.8mol CO和0.6mol CH3OH，則此時(shí)v正>v逆 ②在方框的坐標(biāo)系中畫出甲醇的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化曲線 ___________________ (3)CO2和H2在催化劑Cu/ZnO作用下可發(fā)生兩個(gè)平行反應(yīng),分別生成CH3OH和CO。 反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 反應(yīng)Ⅱ: CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 控制CO2和H2初始投料比為1:3時(shí),溫度對CO2平衡轉(zhuǎn)化率及甲醇和CO產(chǎn)率的影響如圖2所示。 ①由圖2可知溫度升高CO的產(chǎn)率上升,其主要原因可能是__________。 ②由圖2可知獲取CH3OH最適宜的溫度是_____。 (4)近幾年開發(fā)的甲醇燃料電池的工作原理如圖所示: 電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，則a電極的電極反應(yīng)式為____。 【答案】ΔH=2ΔH1-ΔH2-ΔH3BCD反應(yīng)Ⅱ正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),溫度升高平衡正向移動,CO產(chǎn)率升高250℃CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+ 23．（題文）CO和NO2是汽車尾氣的主要污染物．汽車尾氣的反應(yīng)式之一為：2NO（g）+2CO（g）═N2（g）+2CO2（g）．請回答下列問題： （1）已知：N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=﹣393.5kJ/mol 2C（s）+O2═2CO（g）△H=﹣221kJ/mol 則2NO（g）+2CO（g）═N2（g）+2CO2（g）△H=______． （2）一定溫度下，在一體積為VL的密閉容器中充入一定量的NO和CO時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到t時(shí)刻時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)n（CO）=a mol、n（NO）=2a mol、n（N2）=b mol，且N2占平衡混合氣體總價(jià)體積的1/4． ①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______（用只含a、V的式子表示） ②判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是______（填序號） A．v（CO2）生成=v（CO）消耗 B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變 C．混合氣體的密度不再改變 D．NO、CO、N2、CO2的物質(zhì)的量濃度均不再變化 （3）在一定溫度下，將2.0mol NO、2.4mol CO通入固定容積2L的密閉容器中，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖一所示， 則①有害氣體NO的轉(zhuǎn)化率是______，0～15min CO2的平均反應(yīng)速率v（CO2）=______②20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度減小，則改變的條件是______（填序號） A．增加CO2的量 B．加入催化劑 C．降低溫度 D．?dāng)U大容積體積 （4）通過NOX傳感器可監(jiān)測NOX的含量，其工作原理如圖二所示， 則①Pt電極上發(fā)生的是______反應(yīng)（填“氧化”或“還原”）②NiO電極上的電極反應(yīng)式為______． 【答案】﹣746.5kJ/mol27V/aBD40%0.027mol?L﹣1?min﹣1CD還原NO+O2﹣﹣2e﹣=NO2 24．甲醇是一種重要化工原料，又是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景。 (1)由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的新型手機(jī)電池，可使手機(jī)連續(xù)使用一個(gè)月才充一次電。 ①該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為__________________。 ②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200 mL含有如下離子的溶液。 離子 Cu2+ H+ Cl? SO42－ c/molL-1 0.5 2 2 0.5 電解一段時(shí)間后，當(dāng)兩極收集到相同體積(相同條件下)的氣體時(shí)(忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象)陽極上收集到氧氣的質(zhì)量為____。 (2)電解水蒸氣和CO2產(chǎn)生合成氣(H2+CO)。較高溫度下(700～1 000℃)，在SOEC兩側(cè)電極上施加一定的直流電壓，H2O和CO2在氫電極發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生O2—，O2—穿過致密的固體氧化物電解質(zhì)層到達(dá)氧電極，在氧電極發(fā)生氧化反應(yīng)得到純O2。由圖可知A為直流電源的____(填“正極”或“負(fù)極”)，請寫出以H2O為原料生成H2的電極反應(yīng)式：________。 【答案】CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O3.2g負(fù)極H2O+2e-=H2↑+O2- 25．一氧化碳、二氧化碳的利用具有十分重要的意義，科學(xué)家提出以下幾個(gè)設(shè)想： Ⅰ.二氧化碳與氫氣在催化劑作用下可制取低碳烯烴。在一恒容密閉容器中分別投入1mol CO2、3 mol H2，發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H；在不同溫度下，用傳感技術(shù)測出平衡時(shí)H2 的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖所示。 （1）△H____________ (填“>” “<” 或“不能確定” )0。 （2）若測試中體系內(nèi)無氧氣產(chǎn)生，試結(jié)合圖示推斷熱穩(wěn)定性：C2H4_______(填“>” “<”或“不能確定”)H2O。 Ⅱ.甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料。工業(yè)上可利用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示： 化學(xué)反應(yīng) 平衡 常數(shù) 溫度℃ 500 800 ①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g) K1 2.5 0.15 ②H2(g)+CO2(g) H2O (g)+CO(g) K2 1.0 2.50 ③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O (g) K3 （1）某溫度下反應(yīng)①中H2的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)(P)的關(guān)系，如左下圖所示。則平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)K(A)_____________K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3=_______（用K1、K2表示）。 （2）在3 L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知c(CO)與反應(yīng)時(shí)間t變化曲線Ⅰ如右上圖所示，若在t0時(shí)刻分別改變一個(gè)條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅱ和曲線Ⅲ。 當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅲ時(shí)，改變的條件是_____________________。 （3）一種甲醇燃料電池，使用的電解質(zhì)溶液是2molL－1的KOH溶液。 請寫出加入(通入)b物質(zhì)一極的電極反應(yīng)式_________________；每消耗6.4g甲醇轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為_______________。 （4）一定條件下甲醇與一氧化碳反應(yīng)可以合成乙酸。通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/LBa(OH)2溶液等體積混合后，溶液中：2c(Ba2＋)= c(CH3COO-)，用含a和b的代數(shù)式表示該混合溶液中醋酸的電離常數(shù)Ka為________________。 【答案】<<=K1K2將體積壓縮為2LO2+4e－+2H2O = 4OH－1.2NA(1.26.021023)210-7b/(a-2b) 26．（1）已知在常溫常壓下： ① 2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH ＝ －1275.6 kJ／mol ② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH ＝ －566.0 kJ／mol ③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH ＝ －44.0 kJ／mol 寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：______________。 （2）利用甲醇燃料電池設(shè)計(jì)如下圖所示的裝置：則該裝置中b極的電極反應(yīng)式為_________________________； Zn極為_______極。 【答案】CH3OH(l)+ O2(g) ＝ CO(g) + 2H2O(l) ΔH ＝﹣442.8 kJ∕mol CH3OH - 6e- + 8OH- = CO32- + 6H2O陰極 27．(1)如圖所示，是原電池的裝置圖。請回答： 若C為稀H2SO4溶液，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B電極材料為Fe且作負(fù)極，則A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為______；電子的移動方向是______________；反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后溶液C的氫離子濃度將________(填“升高”、“降低”或“基本不變”)。 (2)下圖是一個(gè)雙液原電池裝置圖，下列說法正確的是__________。 A．鹽橋中的陰離子向CuSO4溶液中移動 B．鹽橋的作用之一是平衡電荷 C．銅片作電池的負(fù)極 D．該電池比單液原電池的電流更穩(wěn)定 (3)甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料使用，用CH3OH和O2組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下： 電池總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，則C電極是________(填“正極”或“負(fù)極”)，C電極的反應(yīng)方程式為_______________；若線路中轉(zhuǎn)移3 mol電子，則上述CH3OH燃料電池，消耗的CH3OH的質(zhì)量為_____g。 【答案】2H＋＋2e－===H2↑由Fe電極沿導(dǎo)線流向A極降低B D負(fù)極CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋16 據(jù)電極反應(yīng)式，負(fù)極每消耗1molCH3OH線路中轉(zhuǎn)移6mol電子，線路中轉(zhuǎn)移3mol電子，負(fù)極消耗CH3OH物質(zhì)的量為0.5mol，消耗CH3OH的質(zhì)量為0.5mol32g/mol=16g。