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18.被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效 率的特点.如图为氢氧燃料电池的结构示意图,电解质溶液为KOH 溶液,电极材料为疏松多孔石墨棒.当氧气和氢气分别连 续不断地从正、负两极通入燃料电池时,便可在闭合回路中不断地产生电流.试回答下列问题:
(1)写出氢氧燃料电池工作时负极反应方程式:2H2+4OH--4e-═4H2O.
(2)为了获得氢气,除了充分利用太阳能外,工业上利用石油产品与水在高温、催化剂作用下制取氢气.写出丙烷和 H2O反应生成 H2 和 CO 的化学方程式:C3H8+3H2O$\frac{\underline{催化剂}}{△}$3CO+7H2.
(3)若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时,负极反应式为CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O.
电池总离子反应方程式为CH4+2O2+2OH-═CO32-+3H2O.
(4)若将此燃料电池改进为直接以有机物 A 和氧气为原料进行工作,有机物 A 只含有 C、H、O 三种元素,常用作有机合成的中间体.16.8g 该有机物经燃烧生成 44.0g CO2 和 14.4g H2O;质谱图表明其相对分子质量为 84,红外光谱分析表明 A 分子中含有 O-H 键和位于分子端的-C≡C-键,核磁共振氢谱有三个峰,峰面积为 6:1:1.A 的分子式是C5H8O.A的结构简式是.

分析 (1)氢氧燃料电池中,电解质溶液为碱,则负极上氢气得电子生成水;
(2)丙烷和 H2O反应生成 H2 和 CO,结合质量守恒书写方程式;
(3)燃料电池中,负极上燃料失电子发生氧化反应;碱性条件下,甲烷燃烧生成碳酸根离子;
(4)根据n=$\frac{m}{M}$计算有机物A、二氧化碳、水的物质的量,根据原子守恒计算烃分子中C、H原子数目,根据相对原子质量计算分子中氧原子数目,据此书写该烃的分子式;红外光谱分析表明A分子中含有O-H键和位于分子端的C≡C键,核磁共振氢谱有三个峰,峰面积为6:1:1,分子中有3种不同的H原子,原子数目之比为6:1:1,结合有机物的分子式判断有机物A的结构.

解答 解:(1)氢氧燃料电池中,电解质溶液为碱,则负极上氢气得电子生成水,则其电极反应式为:2H2+4OH--4e-═4H2O,故答案为:2H2+4OH--4e-═4H2O;
(2)丙烷和 H2O反应生成 H2 和 CO,反应的化学方程式为C3H8+3H2O$\frac{\underline{催化剂}}{△}$3CO+7H2,故答案为:C3H8+3H2O$\frac{\underline{催化剂}}{△}$3CO+7H2;
(3)燃料电池中,负极上燃料失电子发生氧化反应,碱性条件下,甲烷在负极生成碳酸根离子,其电极反应式为:CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O;碱性条件下,甲烷燃烧生成的二氧化碳再与氢氧根离子结合生成碳酸根离子,则总反应方程式为CH4+2O2+2OH-═CO32-+3H2O,
故答案为:CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O;CH4+2O2+2OH-═CO32-+3H2O;
(4)有机物A只含有C、H、O三种元素,质谱图表明其相对分子质量为84,16.8g有机物A的物质的量为0.2mol,经燃烧生成44.0g CO2,物质的量为1mol,生成14.4g H2O,物质的量为$\frac{14.4g}{18g/mol}$=0.8mol,故有机物A中C原子数目为$\frac{1mol}{0.2mol}$=5,H原子数目为$\frac{0.8mol×2}{0.2mol}$=8,故氧原子数目为$\frac{84-12×5-8}{16}$=1,故A的分子式为C5H8O,
不饱和度为$\frac{2×5+2-8}{2}$=2,红外光谱分析表明A分子中含有O-H键和位于分子端的C≡C键,核磁共振氢谱有三个峰,峰面积为6:1:1,故分子中含有2个CH3、1个-OH连接在同一C原子上,故A的结构简式为,
故答案为:C5H8O;.

点评 本题考查燃料电池及物质的量的有关计算,为高频考点,侧重于学生的分析能力和计算能力的考查,注意把握原电池的工作原理以及根据电极方程式中电子与物质的关系求算,题目难度中等.

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