Question

【題目】碳酸鹽燃料電池，以一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔混合物為電解質(zhì)，操作溫度為650℃，在此溫度下以鎳為催化劑，以煤氣(CO、H2的體積比為3：1)直接作燃料，其工作原理如圖所示，并以此電源用于工業(yè)生產(chǎn)。

（1）H2(g)、CO(g)的燃燒熱△H分別為-285.8kJmol-1、-283.0kJmol-1，18g液態(tài)水變?yōu)樗�蒸氣時(shí)吸熱44.0kJ，則電池總反應(yīng)3CO(g)+H2(g)+2O2(g)=3CO2(g)+H2O(g)的△H=___kJmol-1，B電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為___。

（2）若以此電源生產(chǎn)新型硝化劑N2O5，裝置如圖所示。已知兩室加入的試劑分別是a.硝酸溶液；b.N2O4+無(wú)水硝酸，則左室加入的試劑應(yīng)為___（填“a”或“b”)，其電極反應(yīng)式為___。

（3）若以此電源用惰性電極電解足量的硝酸銀溶液，陰極產(chǎn)物的質(zhì)量為5.4g，則陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為___L。電解后溶液體積為500mL，溶液的pH約為___。

Answer 1

【答案】-1090.8 2CO2+O2+4e-=2CO32- b N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+ 0.28 1

【解析】

(1)結(jié)合已知條件書寫熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；該裝置為燃料電池，通入燃料的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，則A為負(fù)極，B為正極，B電極上氧氣和二氧化碳得電子，發(fā)生還原反應(yīng)；

(2)先根據(jù)化合價(jià)判斷生成N2O5的電極，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式；

(3)依據(jù)消耗的氧氣的量計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù)，依據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒，計(jì)算生成銀的質(zhì)量，根據(jù)消耗氫氧根計(jì)算氫離子濃度，從而計(jì)算pH。

(1)已知：H2(g)、CO(g)的燃燒熱△H分別為-285.8kJmol-1、-283.0kJmol-1，18g液態(tài)水為1mol，變?yōu)樗�蒸氣時(shí)吸熱44.0kJ，則熱化學(xué)方程式分別為：

①H2(g)+O2(g)=H2O(1) △H=-285.8 kJ/mol

②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283kJ/mol

③H2O(1)=H2O(g) △H=+44kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，②×3+①+③可得：3CO(g)+H2(g)+2O2(g)=3CO2(g)+H2O(g)△H=-1090.8kJmol-1；該裝置為燃料電池，通入燃料的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，則A為負(fù)極，B為正極，B電極上氧氣和二氧化碳得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2CO2+O2+4e-=2CO32-；

(2)N2O5中氮元素的化合價(jià)是+5價(jià)，而硝酸中氮元素也是+5價(jià)，若只有硝酸作電解液的電極室生成N2O5未發(fā)生氧化還原反應(yīng)，由于N2O4中N為+4價(jià)，則含有N2O4的電極室電解后產(chǎn)生N2O5，氮元素的化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?/span>+5價(jià)，發(fā)生氧化反應(yīng)，該電極室作陽(yáng)極，應(yīng)與電源正極相連，根據(jù)(1)中分析，A為負(fù)極，因此應(yīng)該在左側(cè)生成N2O5，則左側(cè)室應(yīng)加入試劑b；其電極反應(yīng)式為N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+；

(3)電解足量的硝酸銀溶液，陽(yáng)極為氫氧根失電子生成氧氣，陰極上發(fā)生反應(yīng)：Ag++e=Ag，產(chǎn)物的質(zhì)量為5.4g，即=0.05mol，轉(zhuǎn)移電子是0.05mol，在陽(yáng)極上：4OH4e=2H2O+O2↑，產(chǎn)生氧氣的物質(zhì)的量是0.0125mol，標(biāo)況下的體積是0.0125mol×22.4L/mol= 0.28L，則消耗氫氧根的物質(zhì)的量為0.05mol，則溶液中氫離子為0.05mol，濃度為=0.1mol/L，所以溶液的pH為1。