题目内容
【题目】CH3OH 是一种无色有刺激性气味的液体,在生产生活中有重要用途。
Ⅰ.目前工业上有一种方法是用 CO2 生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g),该反应的能量变化如图所示:
(1)你认为该反应为_____(填放热或吸热)反应.
(2)恒容容器中,对于以上反应,能加快反应速率的是_____。
a.升高温度 b.充入 He c.加入催化剂 d.降低压强
Ⅱ. CH3OH 也是一种重要的燃料,一定条件下发生反应:
2CH3OH(g)+3O2(g) =2 CO2(g)+4H2O(g)。
(3)某温度下,将 4mol CH3OH 和 6 mol O2 充入 2 L 的密闭容器中经过 4 min 反应达到平衡,测得 c(O2)=1.5mol·L-1,4 min 内平均反应速率 υ(H2O)=_____。
(4)CH3OH 燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一,这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成。则下列说法正确的是_____(填序号)。
①电池放电时通入空气的电极为负极
②电池放电时,电解质溶液的碱性逐渐减弱
③电池放电时每消耗 6.4 g CH3OH 转移 1.2 mol 电子
(5)以 CH3OH、空气(氧气)、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极构成燃料电池,该电池中负极上的电极反应式是:____________________________。
【答案】放热 ac 0.5mol·(L·min)-1 ②③ CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O
【解析】
Ⅰ.(1)结合反应物和生成物的总能量大小比较判断反应放热或吸热;
(2)根据改变外界条件对化学反应速率的影响进行分析解答;
Ⅱ.(3)根据公式计算O2的化学反应速率,再结合化学计量数与化学反应速率成正比计算H2O的化学反应速率;
(4)、(5)CH3OH燃料电池中,KOH作电解质溶液,CH3OH作负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,O2作正极,得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,据此分析解答;
Ⅰ. (1)根据图像可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,因此该反应为放热反应,故答案为:放热;
(2)恒容容器中,对于反应CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g),
a.升高温度,化学反应速率加快,a符合题意;
b.恒容条件下冲入He,各物质的浓度不变,化学反应速率不发生改变,b不符合题意;
c.加入催化剂可降低反应的活化能,化学反应速率加快,c符合题意;
d.降低压强化学反应速率减慢,d不符合题意;
故答案为:ac;
Ⅱ.(3)设4min内O2转化的物质的量为xmol,则有6mol-xmol=1.5mol/L×2L,x=3,则,由化学反应速率与化学计量数成正比可得υ(O2):υ(H2O)=3:4,则υ(H2O)=υ(O2)=×0.375mol·L-1·min-1=0.5 mol·L-1·min-1,故答案为:0.5mol·L-1·min-1;
(4)①根据上述分析可知,电池放电时,O2作正极,即通入空气的电极为正极,①错误;
②电池放电时,电池的总反应为2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O,电解质溶液的OH-不断被消耗,碱性逐渐减弱,②正确;
③电池放电时,负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,6.4gCH3OH的物质量为6.4g÷32g/mol=0.2mol,每消耗0.2molCH3OH转移0.2mol×6=1.2mol电子,③正确;
故答案为:②③;
(5)根据上述分析可知,CH3OH燃料电池中,KOH作电解质溶液,CH3OH作负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,故答案为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。
【题目】钠硫电池作为一种新型储能电池,其应用逐渐得到重视和发展。钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2SX)分别作为两个电极的反应物,固体Al2O3陶瓷(可传导Na+)为电解质,其反应原理如图1所示:
(1)根据表数据,请你判断该电池工作的适宜应控制
在_____(填字母)范围内。
A.100℃以下 B.100~300℃
C.300~350℃ D.350~2050℃
物质 | Na | S | Al2O3 |
熔点/℃ | 97.8 | 115 | 2050 |
沸点/℃ | 892 | 444.6 | 2980 |
(2)放电时,电极A为_____极,电极B发生_____反应(填“氧化或还原”)。
(3)充电时,总反应为Na2Sx=2Na+xS,则阳极的电极反应式为:________________。
(4)若把钠硫电池作为电源,电解槽内装有KI及淀粉溶液如图2所示,槽内的中间用阴离子交换膜隔开。通电一段时间后,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。则右侧发生的电极方程式:________________;试分析左侧溶液蓝色逐渐变浅的可能原因是:___________________。
【题目】碱性锌锰电池是日常生活中消耗量最大的电池,其构造如图所示。放电时总反应为:Zn+2H2O+2MnO2=Zn(OH)2+2MnOOH。
从废旧碱性锌锰电池中回收Zn和MnO2的工艺如图所示:
回答下列问题:
(1)MnOOH中,Mn元素的化合价为_________。
(2)“还原焙烧”过程中,高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质(其中MnOOH、MnO2被还原成MnO),主要原因是“粉料”中含有_________。
(3)“净化”是为了除去浸出液中的Fe2+,方法是:加入______(填化学式)溶液将Fe2+氧化为Fe3+,再调节pH使Fe3+沉淀完全。常温下,已知浸出液中Mn2+、Zn2+的浓度约为0.1 mol/L,根据下列数据计算,调节pH的合理范围是______至__________。(离子浓度小于1×10-5 mol/L即为沉淀完全)
化合物 | Mn(OH)2 | Zn(OH)2 | Fe(OH)3 |
Ksp近似值 | 10-13 | 10-17 | 10-38 |
(4)“电解”时,阳极的电极反应式为_________。本工艺中应循环利用的物质是_______(填化学式)。
(5)若将“粉料”直接与盐酸共热反应后过滤,滤液的主要成分是ZnCl2和MnCl2,且生成一种黄绿色气体,“粉料”中的MnOOH与盐酸反应的化学方程式为__________。