Question

(18分)能源的開發(fā)和利用是當前科學研究的重要課題。

(1)利用二氧化鈰(CeO2)在太陽能作用下前實現如下變廢為寶的過程：

mCeO2 (m-x)CeO2xCe+xO2

(m-x)CeO2xCe+xH2O+xCO2mCeO2+xH2+xCO

上述過程的總反應是 ,該反應將太陽能轉化為 。

(2)CO、O2和KOH溶液構成的燃料電池的負極電極反應式為 。該電池反應可獲得K2CO3溶液，某溫度下0.5molL-1 K2CO3溶液的pH=12，若忽略CO32-的第二級水解，則CO32- +H2OHCO3-+OH-的平衡常熟Kh= 。

(3)氯堿工業(yè)是高耗能產業(yè)，下列將電解池與燃料電池相組合的工藝可以節(jié)能30％以上。

①電解過程中發(fā)生反應的離子方程式是 ，陰極附近溶液PH (填“不變”、“升高”或“下降”)。

②如果粗鹽中SO42-含量較高，精制過程需添加鋇試劑除去SO42-，該鋇試劑可選用下列試劑中的 。

a．Ba(OH)2 b．Ba(NO3)2 c．BaCl2

現代工藝中更多使用BaCO3除SO42-，請寫出發(fā)生反應的離子方程式 。

③圖中氫氧化鈉溶液的質量分數a％ b％(填“>”、‘‘=”或“<”)，，燃料電池中負極上發(fā)生的電極反應為 。

 

Answer 1

（18分）

（1）H2O + CO2 =H2 + CO + O2（2分） 化學能（1分）

（2）CO – 2e- +4OH- = CO32- + 2H2O（2分） 2×10-4 mol·L-1（2分）

（3）①2Cl-+2H2O Cl2↑+ H2↑+2OH-（2分） 升高（1分）

② ac（2分） BaCO3(s) + SO42-(aq) = BaSO4 (s) + CO3 2-(aq)（2分）

③ <（2分） H2-2e-+2OH-=2H2O （2分）

【解析】

試題分析：（1）兩式相加可得總反應方程式：H2O + CO2 =H2 + CO + O2；通過該反應把太陽能轉化為了化學能。

（2）在堿性條件下，CO失電子轉化為CO32?，電解方程式為：CO – 2e- +4OH- = CO32- + 2H2O；溶液的pH=12，則c(OH?)=0.01mol?L?1，若忽略CO32-的第二級水解，c(HCO3?)=0.01mol?L?1，則Kh=c(HCO3?)?c(OH?)/c(CO32?)= 0.01mol?L?1×0.01mol?L?1/0.5mol?L?1= 2×10-4 mol·L-1。

（3）①電解食鹽水生成H2、H2和NaOH，所以離子方程式為：2Cl-+2H2O Cl2↑+ H2↑+2OH-；陰極上H2O電離出的H+得電子生成H2，使H2O的電離平衡向右移動，OH?濃度增大，所以pH升高。

②Ba(OH)2可與SO42?反應，OH?可加鹽酸除去，BaCl2可與SO42?反應，而且不引入新雜質，Ba(NO3)2能與SO42?反應，但NO3?無法除去，故ac正確；BaCO3轉化為更難溶的BaSO4，離子方程式為：BaCO3(s) + SO42-(aq) = BaSO4 (s) + CO3 2-(aq)。

③在燃料電池中，氧氣作正極，所以通入空氣的極是正極，O2得電子生成OH?，通入燃料的電極是負極，消耗OH?，所以a% < b%；負極是燃料氫氣發(fā)生失電子的氧化反應，電極反應式為H2-2e-+2OH-=2H2O。

考點：本題考查電解池和原電池原理、平衡常數計算、方程式的書寫。