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13.美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的电池,其构造如图所示.两均为多孔碳制成,通入的气体由空隙中流出,并从电极表面放出.
①a是负极,电极反应式是2H2-4e-+4OH-=4H2O;
②b电极反应式是O2+4e-+2H2O=4OH-;
③氢气是氢氧燃料电池中最简单的燃料,虽然使用方便,却受到来源和价格的限制.常用的燃料往往是某些碳氢化合物,如甲烷(天然气)、汽油等.请写出图中H2换成CH4时构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;此时电池内的总反应方程式为CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O.溶液中PH减小(增大、减小、不变).

分析 ①氢氧燃料电池中,原电池工作时,氢氧燃料电池的总反应为2H2+O2=2H2O;通入氢气的一极a为电源的负极,发生氧化反应,电极反应式为:H2-2e-+2OH-=2H2O;
①通入氧气的一极b为原电池的正极,电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH-;
③氢气换成甲烷是甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水的氧化还原反应,图中电解质溶液是碱性溶液,依据原电池的原理,结合元素化合价变化分析失电子的物质甲烷在负极a发生氧化反应,氧气再正极b发生还原反应.

解答 解:①氢氧燃料电池中,通入氢气的一极为电源的负极,通入氧气的一极为原电池的正极,由于电解质溶液呈碱性,则负极电极反应式为:2H2-4e-+4OH-=4H2O,
故答案为:负;2H2-4e-+4OH-=4H2O;
②正极电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH-,
故答案为:O2+4e-+2H2O=4OH-;
③图中H2换成CH4时所构成的甲烷燃料电池中,甲烷燃烧生成二氧化碳和水,二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾和水,所以电池的反应的离子方程式为:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,所以消耗氢氧根,则溶液中PH减小;其中正极上是氧气得到电子发生还原反应,电极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-;电池总反应的离子方程式减去正极电极反应×2,得到负极电极反应:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
故答案为:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O、CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O;减小.

点评 本题考查了原电池的工作原理的应用,电极名称,电极判断,电极反应,电池反应,熟练掌握原电池的基本知识,分清化合价变化判断氧化反应、还原反应、电子守恒是解题关键.

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6.中国科技网2013年2月6日报导:中国工程院院士范良士教授领导的研究小组,成功开发出煤清洁燃烧的新方法.该方法的流程如图所示:

利用化学循环技术使煤释放热量的同时,捕获了反应过程中产生的99%的二氧化碳,高温铁粉用来发电,氧化后循环使用,达到电力和化工的联产,煤炭资源综合利用的目的.
(1)己知下列热化学方程式:
①C(s)+1/2O2(g)=CO(g)△H1=-110.4KJ/mo1
②C(s)+O2(g)=CO2(g)△H2=-393.5kJ/mol
③Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H3=-26.7KJ/mo1
则Fe2O3与C(s)反应生成Fe(s)和CO2(g)的热化学方程式为:2Fe2O3+3C(s)=4Fe(s)+3CO2(g)△H=464.7KJ/mol.
(2)捕捉到的CO2可以和H2合成绿色燃料甲醇.300°C时,在两个容积均为2L的密闭容器中,当c(CO2)=1.00mo1•L-1、c(H2)=1.60mol•L-1时,
分别选择催化剂I、催化剂Ⅱ开始反应,达到平衡状态M.反应结果如图所示.
请回答下列问题:
①使用催化剂I时,反应在10h内的平均反应速率:
V(H2)=0.054mol/•(L•h)-1.达到平衡M时比较两个容器中的正反应速率催化剂I<催化剂II(填“>”或“<”或“=”).
②达到平衡M后,甲醇的体积分数为9.10(保留到小数点后两位);此反应在300°C时的平衡常数为0.05.
③若继续向上述平衡体系M中通入0.4molCO2和0.4mol甲醇,平衡将向逆向移动(填“正向”或“逆向”),达到平衡时得到H2的浓度为amol/L;若继续向上述平衡体系M中通入0.8molCO2和0.4molH2O,达到平衡时得到H2的浓度为bmol/L,则a>b(填“>”或“<”或“=”).

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