Question

4．（1）乙醇燃料電池有著廣泛的應用，若電解質為KOH溶液，寫出電池工作時，負極的電極反應式：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
正極的電極反應式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：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．
②若以一氧化碳為燃料，則反應非常慢，可通過反應CO+H₂O=CO₂+H₂，使一氧化碳轉化為氫氣再進一步反應．
已知25℃時，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，CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的反應熱△H=-41 kJ/mol．
?已知反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）在某溫度時的平衡常數(shù)是9.0．若反應開始時，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條件下的轉化率是75%．

Answer 1

分析 （1）乙醇燃料電池中，負極上是乙醇發(fā)生失電子的氧化反應，正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應，又因為電解質是KOH溶液，不會在電極上放出二氧化碳，據(jù)此書寫；
（2）①在燃料電池中，燃料做負極，氧氣作正極；電解質中的陰離子移向負極；
②根據(jù)蓋斯定律來計算反應的焓變；
根據(jù)化學方程式列三段式結合平衡常數(shù)列方程進行計算．

解答 解：（1）乙醇燃料電池中，負極上是乙醇發(fā)生失電子的氧化反應，反應式為：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應，反應式為：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為負極，b為正極，所以電極b為氧氣得電子的還原反應，反應式為：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CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）可以看成是以上三個反應的和，所以反應CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-394kJ/mol+242kJ/mol+111kJ/mol=-41 kJ/mol；
設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），
一氧化碳在此反應條件下的轉化率=$\frac{0.0075}{0.01}$×100%=75%，
故答案為：-41 kJ/mol；75%．

點評 本題是一道綜合題目，注重對原電池、蓋斯定律計算反應熱、化學平衡的計算的考查，考查角度廣，難度較大．