题目内容

（7分）

熔融碳酸盐燃料电池（MCFS），发明于1889年。现有一个碳酸盐燃料电池，以一定比例Li2CO3和Na2CO3熔融混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气（CO、H2的体积比为1：1）直接作燃料，其工作原理如图所示。

请回答下列问题：

（1）B极发生____（填“氧化”或“还原”）反应

（2）电池总反应为___________________________________________。

（3）以此电源电解足量的CuSO4溶液，阳极产生气体0.56 L（已换算为标况），则阴极产物的质量为        g。电解后溶液体积为1 L，溶液的pH约为        。

（4）电池中的电解质碳酸钠形成的水溶液体系不能用带玻璃塞的试剂瓶保存，其原因是

                                         （用化学方程式表示）

 

【答案】

 

【解析】

 

练习册系列答案
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（2011?南京一模）以天然气为原料经由合成气（C0、H2）制化学品是目前天然气转化利用的主导技术路线． 以甲烷的部分氧化为基础制备甲醚（CH3OCH3）和甲醇的工业流程如下：

（1）甲烷的部分氧化反应如下：
2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）；△H=-71.2kJ?mol-1
有研究认为甲烷部分氧化的机理为：
①CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）；△H1=-890.3kJ?mol-1
②CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）；△H2
③CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）；△H3=+250.3kJ?mol-1
则△H2=
+247.3kJ?mol-1
+247.3kJ?mol-1
．
（2）催化反应室1中合成甲醚的反应为：2CO（g）+4H2（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g），该反应为自发反应，则该反应的△H
＜
＜
0 （填“＜”、“＞”或“=”）
（3）催化反应室2中发生如下反应：CO（g）+2H2（g）═CH30H（g）△H＜0
在容积均为VL的I、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器分别充入a mol C0和2a mol H2，三个容器的反应 温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其他条件相同情况下．实验测得反应均进行到t min 时CO 的体积分数如下图所示，此时I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是
Ⅲ
Ⅲ
；都达到化学平衡状态时，C0转化率最小的是
Ⅲ
Ⅲ
．

（4）如下图为熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图． 熔融碳酸盐燃料电池的正极反应可表示为：
O2+4e-+2CO2═2CO32-
O2+4e-+2CO2═2CO32-
．
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是使用熔融碳酸锂、碳酸钾作电解质的一种新型电池，该电池的工作温度为650℃．负极由镍铬铝合金烧结而成，正极材料为多孔镍，电池反应为：H2+CO+O2═CO2+H2O．下列说法不正确的是（　　）
“氢”既是重要的化工原料，也是未来最理想的新能源．
（1）①实验测得，1g氢气燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量，1mol H2O（g）转变为1mol H2O（l）时放出44.0kJ热量．则氢气燃烧生成H2O（g）的热化学方程式为
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-483.6kJ?mol-1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-483.6kJ?mol-1
．
②熔融碳酸盐燃料电池（MCFS）是使用熔融碳酸锂、碳酸钾作电解质的一种新型电池，该电池的工作温度为650℃．负极由镍铬铝合金烧结而成，正极材料为多孔镍，电池反应为：H2+CO+O2=CO2+H2O．下列说法不正确的是
AB
AB

A．负极反应Al-3e-=Al3+                      B．燃料气体是氧气
C．正极反应为2CO2+O2+4e-=2CO32-              D．该电池也可用烃类作燃料
（2）用CO2和氢气为原料，在催化剂作用下发生如下反应，
2CO2（g）+6H2（g）
催化剂
CH3CH2OH（g）+3H2O（g）  25℃时，K=2.95ⅹ1011
①该反应的平衡常数表达式K=
c(CH3CH2OH)．C3(H2O)
C2(CO2)．C6(H2)
c(CH3CH2OH)．C3(H2O)
C2(CO2)．C6(H2)
．
②在一定压强下，
n(H2)
n(CO2)
=2，测得反应的实验数据如下表．
温度（K） 500 600 700 800
CO2转化率（%） 60 43 28 15
根据表中数据分析：升高温度，平衡常数K值
减小
减小
（填“增大”、“减小”或“不变”）；上述反应的焓变△H
＜
＜
0（填“＞”、“＜”或“=”）．
③其它条件不变，适当提高c（CO2），则乙醇的产量
增大
增大
（填“增大”、“减小”或“不变”，下同．），此时K值
不变
不变
．
④在一定温度下，H2的物质的量随时间的变化曲线如图，则p1
＜
＜
p2（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2010?西城区模拟）熔融碳酸盐燃料电池是以熔融的碳酸盐为电解质的燃料电池，其工作原理如图所示：
（1）电极b是该燃料电池的（填“正”或“负”）
正
正
极．
（2）若以氢气为燃料，则A是（填化学式）
H2
H2
，Y是（填化学式）
CO2
CO2
；CO32-的移动方向是移向（填“电极a”或“电极b”）
电极a
电极a
；电极b的电极反应是
O2+4e-+2CO2═2CO32-
O2+4e-+2CO2═2CO32-
．
（3）若以一氧化碳为燃料，则反应非常慢，可通过反应CO+H2O=CO2+H2，使一氧化碳转化为氢气再进一步反应．
①已知25℃时，C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-394kJ/mol：
H2（g）+
1
2
O2（g）═H2O（g）△H=-242kJ/mol
C（s）+
1
2
O2（g）═CO（g）△H=-111kJ/mol则25℃时，CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）的反应热△H=
-41kJ/mol
-41kJ/mol
．
②已知反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）在某温度时的平衡常数是9.0．若反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.01mol/L，则一氧化碳在此反应条件下的转化率是
75%
75%
．
CO和H2可作为能源和化工原料，应用十分广泛．
（1）已知：C（s）+O2 （g）═CO2（g）△H1=-393.5kJ?mol-1
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H2=-483.6kJ?mol-1
C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H3=+131.3kJ?mol-1
则反应CO（g）+H2（g）+O2（g）═H2O（g）+CO2（g）的△H=
-524.8
-524.8
kJ?mol-1．
标准状况下的煤炭气（CO、H2）33.6L与氧气反应生成CO2和H2O，反应过程中转移
3
3
mol电子．
（2）熔融碳酸盐燃料电池（MCFS），是用煤气（CO+H2）作负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质，以金属镍（燃料极）为催化剂制成的．负极的电极反应式为
CO-2e-+CO32-═2CO2、H2-2e-+CO32-═CO2+H2O；
CO-2e-+CO32-═2CO2、H2-2e-+CO32-═CO2+H2O；
；则该电池的正极反应式是
O2+4e-+2CO2═2CO32-
O2+4e-+2CO2═2CO32-
．
（3）密闭容器中充有10mol CO与20mol H2，在催化剂作用下反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）；CO的转化率（α）与温度、压强的关系如图所示．

①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态，此时在A点时容器的体积为10L，则该温度下的平衡常数K=
1
1
；此时在B点时容器的体积VB
小于
小于
10L（填“大于”、“小于”或“等于”）．
②若A、C两点都表示达到的平衡状态，则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA
大于
大于
tC（填“大于”、“小于”或“等于”）．
③在不改变反应物用量情况下，为提高CO转化率可采取的措施是
降温、加压，将甲醇从混合体系中分离出来
降温、加压，将甲醇从混合体系中分离出来
．

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