题目内容

如图1是某固体酸燃料电池基本结构示意图,其中以Ca(HSO4)2固体为电解质传递H+,电池总反应式为:2H2+O2=2H2O,请回答以下问题:

(1)此电池工作时,H+移向多孔电极的
 
极(填“a”或“b”);写出a极的电极反应式:
 
;若在标准状况下消耗O2 11.2L,则电池中通过了
 
mol电子.
(2)若用此电池作为电源,连接图2的装置进行电解实验.通电一段时间后,取出Pt电极洗涤、干燥、称重,电极质量增加了10.8g,则Pt电极连接电源的
 
(填“正”或“负”)极;此过程中Cu电极通过的电子数目为
 
;在第③个装置共可收集到标准状况下的气体
 
 L(气体的溶解忽略不计).
考点:原电池和电解池的工作原理
专题:电化学专题
分析:(1)该装置是原电池,原电池放电时,氢离子向正极移动,根据电子流向知,通入氢气的电极为负极、通入氧气的电极为正极;a极上氧气得电子和氢离子反应生成水;根据氧气和转移电子之间的关系式计算;
(2)Pt电极上质量增加,说明Pt电极为阴极,阴极上析出银,根据银和转移电子之间的关系式计算;③中阴极上氢离子放电、阴极上氯离子放电,电极反应式分别为:2H++2e-=H2↑、2Cl--2e-=Cl2↑,根据串联电路中转移电子相等计算生成气体体积.
解答: 解:(1)根据电子流向知,b电极是负极、a电极是正极,放电时,电解质中氢离子向正极a移动,正极上电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O,若在标准状况下消耗O2 11.2L,则电池中转移电子的物质的量=
11.2L
22.4L/mol
×4
=2mol,
故答案为:a;O2+4e-+4H+=2H2O;2;
(2)Pt电极上质量增加,说明Pt电极为阴极,连接电源负极,阴极上析出银,串联电路中转移电子相等,所以通入Cu电极电子的物质的量=
10.8g
108g/mol
×1
=0.1mol,转移电子数为0.1NA;
③中阴极上氢离子放电、阴极上氯离子放电,电极反应式分别为:2H++2e-=H2↑、2Cl--2e-=Cl2↑,则生成氢气和氯气体积=
0.1mol
2
×2×22.4L/mol
=2.24L,
故答案为:负;0.1NA;2.24.
点评:本题考查了原电池和电解池原理,根据电子流向确定原电池正负极及正负极上发生的反应,再结合串联电路中转移电子相等进行计算,题目难度不大.
练习册系列答案
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二甲醚(DME)和甲醇是21世纪应用最广泛的两种清洁燃料,目前工业上均可由合成气在特定催化剂作用下制得.
(1)由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
已知:①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-90.7kJ?mol-1
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ?mol-1
则反应3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
 
kJ?mol-1.
(2)将合成气以
n(H2)
n(CO)
通入1L的反应器中,一定条件下发生反应:
4H2(g)+2CO(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)
其中CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1:
①该反应的平衡常数表达式为
 
;P1、P2、P3由大到小的顺序为
 
.
②若反应在P3和316℃时,起始时
n(H2)
n(CO)
=3,则达到平衡时,CO的转化率
 
50%(填“大于”、“小于”或“等于”).

(3)由合成气合成甲醇的反应的温度与平衡常数(K)的关系如表数据,
温度 (℃) 250 300 350
平衡常数(k) 2.04 0.25 0.01
250℃时,将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中发生反应,反应时间与物质浓度的关系如图2所示,则前10分钟内,氢气的平均反应速率为
 
;若15分钟时,只改变温度一个条件,假设在20分钟时达到新平衡,氢气的转化率为33.3%,此时温度为
 
(从上表中选),请在图中画出15-25分钟c(CH3OH)的变化曲线.
(4)利用甲醇液相脱水也可制备二甲醚,原理是:CH3OH+H2SO4→CH3HSO4+H2O,CH3HSO4+CH3OH→CH3OCH3+H2SO4.与合成气制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是
 
.

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