Question

18．被譽為改變未來世界的十大新科技之一的燃料電池具有無污染、無噪音、高效 率的特點．如圖為氫氧燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH 溶液，電極材料為疏松多孔石墨棒．當(dāng)氧氣和氫氣分別連 續(xù)不斷地從正、負(fù)兩極通入燃料電池時，便可在閉合回路中不斷地產(chǎn)生電流．試回答下列問題：
（1）寫出氫氧燃料電池工作時負(fù)極反應(yīng)方程式：2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O．
（2）為了獲得氫氣，除了充分利用太陽能外，工業(yè)上利用石油產(chǎn)品與水在高溫、催化劑作用下制取氫氣．寫出丙烷和 H₂O反應(yīng)生成 H₂ 和 CO 的化學(xué)方程式：C₃H₈+3H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$3CO+7H₂．
（3）若將此燃料電池改進為直接以甲烷和氧氣為原料進行工作時，負(fù)極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．
電池總離子反應(yīng)方程式為CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．
（4）若將此燃料電池改進為直接以有機物 A 和氧氣為原料進行工作，有機物 A 只含有 C、H、O 三種元素，常用作有機合成的中間體．16.8g 該有機物經(jīng)燃燒生成 44.0g CO₂ 和 14.4g H₂O；質(zhì)譜圖表明其相對分子質(zhì)量為 84，紅外光譜分析表明 A 分子中含有 O-H 鍵和位于分子端的-C≡C-鍵，核磁共振氫譜有三個峰，峰面積為 6：1：1．A 的分子式是C₅H₈O．A的結(jié)構(gòu)簡式是．

Answer 1

分析 （1）氫氧燃料電池中，電解質(zhì)溶液為堿，則負(fù)極上氫氣得電子生成水；
（2）丙烷和 H₂O反應(yīng)生成 H₂ 和 CO，結(jié)合質(zhì)量守恒書寫方程式；
（3）燃料電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；堿性條件下，甲烷燃燒生成碳酸根離子；
（4）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算有機物A、二氧化碳、水的物質(zhì)的量，根據(jù)原子守恒計算烴分子中C、H原子數(shù)目，根據(jù)相對原子質(zhì)量計算分子中氧原子數(shù)目，據(jù)此書寫該烴的分子式；紅外光譜分析表明A分子中含有O-H鍵和位于分子端的C≡C鍵，核磁共振氫譜有三個峰，峰面積為6：1：1，分子中有3種不同的H原子，原子數(shù)目之比為6：1：1，結(jié)合有機物的分子式判斷有機物A的結(jié)構(gòu)．

解答 解：（1）氫氧燃料電池中，電解質(zhì)溶液為堿，則負(fù)極上氫氣得電子生成水，則其電極反應(yīng)式為：2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O，故答案為：2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O；
（2）丙烷和 H₂O反應(yīng)生成 H₂ 和 CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為C₃H₈+3H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$3CO+7H₂，故答案為：C₃H₈+3H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$3CO+7H₂；
（3）燃料電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下，甲烷在負(fù)極生成碳酸根離子，其電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；堿性條件下，甲烷燃燒生成的二氧化碳再與氫氧根離子結(jié)合生成碳酸根離子，則總反應(yīng)方程式為CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O；
（4）有機物A只含有C、H、O三種元素，質(zhì)譜圖表明其相對分子質(zhì)量為84，16.8g有機物A的物質(zhì)的量為0.2mol，經(jīng)燃燒生成44.0g CO₂，物質(zhì)的量為1mol，生成14.4g H₂O，物質(zhì)的量為$\frac{14.4g}{18g/mol}$=0.8mol，故有機物A中C原子數(shù)目為$\frac{1mol}{0.2mol}$=5，H原子數(shù)目為$\frac{0.8mol×2}{0.2mol}$=8，故氧原子數(shù)目為$\frac{84-12×5-8}{16}$=1，故A的分子式為C₅H₈O，
不飽和度為$\frac{2×5+2-8}{2}$=2，紅外光譜分析表明A分子中含有O-H鍵和位于分子端的C≡C鍵，核磁共振氫譜有三個峰，峰面積為6：1：1，故分子中含有2個CH₃、1個-OH連接在同一C原子上，故A的結(jié)構(gòu)簡式為，
故答案為：C₅H₈O；．

點評 本題考查燃料電池及物質(zhì)的量的有關(guān)計算，為高頻考點，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計算能力的考查，注意把握原電池的工作原理以及根據(jù)電極方程式中電子與物質(zhì)的關(guān)系求算，題目難度中等．