Question

3．世界能源消费的90%以上依靠化学技术．

（1）质子交换膜燃料电池中作为燃料的H₂通常来自水煤气．
已知：2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₁=-220.70kJ•mol^-1
2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
则C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₄=+131.45kJ/mol
（2）燃料气（流速为3000mL•h^-1；体积分数为50% H₂，0.90% CO，1.64% O₂，47.46% N₂）中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO₂催化剂可使CO优先氧化而脱除．CeO₂可由草酸铈[Ce₂（C₂O₄）₃]灼烧制得，反应的化学方程式为Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；在CuO/CeO₂催化剂中加入不同的酸（HIO₃或H₃PO₄），测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1示．
加入HIO₃（填酸的化学式）的$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$催化剂催化性能最好．催化剂为$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$-HIO₃，120℃时，反应1h后CO的体积为5.4mL．
（3）LiOH是制备锂离子电池正极材料的重要原料，其电解法制备的装置如图2已知产生的气体a通入淀粉KI溶液，溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色可逐渐褪去．则M极为电源的负（填“正”或“负”）极，B极区电解液为LiCl溶液（填化学式），该离子交换膜是阳（填“阳”或“阴”）离子交换膜．

Answer 1

分析 （1）已知：①．2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₁=-220.70kJ•mol^-1
②．2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
③．H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①×$\frac{1}{2}$+②×$\frac{1}{2}$-③可得：反应C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），所以△H₄=△H₁×$\frac{1}{2}$+△H₂×$\frac{1}{2}$-△H₃；
（2）灼烧草酸铈[Ce₂（C₂O₄）₃]分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳；
相同时间内，CO的转化率越高，说明催化性能越好；
催化剂为$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$-HIO₃，120℃时，CO优先氧化为二氧化碳，反应方程式为：2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{120℃}$2CO₂，CO气体混合物流速为3000mL•h^-1，体积分数为：0.90%的CO，再结合CO的转化率是80%计算；
（3）产生的气体a通入淀粉KI溶液，溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色可逐渐褪去，则气体a为Cl₂，左侧生成氢气，则A中氢离子放电，可知A为阴极，在A中制备LiOH，Li⁺由A经过阳离子交换膜向B移动，B中为LiCl溶液，氯离子放电生成氯气．

解答 解：（1）已知：①．2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₁=-220.70kJ•mol^-1
②．2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
③．H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①×$\frac{1}{2}$+②×$\frac{1}{2}$-③可得：反应C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），所以△H₄=△H₁×$\frac{1}{2}$+△H₂×$\frac{1}{2}$-△H₃=$\frac{1}{2}$×（-220.7kJ•mol^-1）+（571.6kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$-44.0kJ•mol^-1=+131.45kJ/mol，
故答案为：+131.45kJ/mol，
（2）灼烧草酸铈[Ce₂（C₂O₄）₃]分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，反应方程式为：Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；
相同时间内，CO的转化率越高，说明催化性能越好，由图象知道当HIO₃加入时，催化性能最好；
催化剂为$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$-HIO₃，120℃时，CO优先氧化为二氧化碳，反应方程式为：2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{120℃}$2CO₂，CO气体混合物流速为3000mL•h^-1，体积分数为：0.90%的CO，则反应1小时后CO的体积为3000mL•h^-1×1h×0.90%×（1-80%）=5.4mL，
故答案为：Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；HIO₃；5.4；
（3）产生的气体a通入淀粉KI溶液，溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色可逐渐褪去，则气体a为Cl₂，左侧生成氢气，则A中氢离子放电，可知A为阴极，M是负极，在A中制备LiOH，Li⁺由A经过阳离子交换膜向B移动，离子交换膜是阳离子交换膜，B中为LiCl溶液，氯离子放电生成氯气，
故答案为：负；LiCl；阳．

点评 本题考查反应热有关计算、电解原理应用、读图获取信息能力等，侧重于考查学生分析解决问题与知识迁移运用，题目难度中等．