Question

有人设计了一种乙醇燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入乙醇蒸汽．电池的固定电解质是晶格掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导O^2-离子．
（1）该电极负极发生的反应是

C₂H₅OH-12e^-=2CO₂+3H₂O

．固体电解质中的O^2-向

负

极方向移动．
（2）乙醇的制备可以用CO2和氢气为原料，在催化剂作用下发生如下反应，
2CO₂（g）+6H₂（g）CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）  25℃时，K=2.95ⅹ10¹¹
①写出反应的平衡常数表达式K=

c(CH3CH2OH)×c3(H2O)

c2(CO2)×c6(H2)

．
②1m³（标准状况）CO₂按上式完全反应，产生CH₃CH₂OH

22.3

mol．
③在一定压强下，n（H₂）/n（CO₂）=2，测得反应的实验数据如下表：

温度（K）	500	600	700	800
CO2转化率（%）	60	43	28	15

根据表中数据分析：
ⅰ．该反应是

放热

反应（填“放热”或“吸热”），升高温度，平衡常数K值

减小

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
ⅱ．提高

n(H2)

n(CO2)

的值，K值

不变

（填“增大”、“减小”或“不变”），对生产乙醇

有利

（填“有利”或“不利”）．
ⅲ．如图是某条件下H₂的浓度随时间的变化曲线，若增大压强，其他条件不变，请在原图中画出H₂的浓度随时间的变化曲线．

（3）有人认为乙醇的来源成本比较高，为降低成本，可以设计汽油燃料电池，但却存在一个最大问题，你认为该问题是

电极的气体管道溶液被堵塞

．造成这种问题的主要原因是

汽油不完全燃烧产生碳黑

．

Answer 1

分析：（1）乙醇燃料电池负极发生氧化反应，电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，注意电解质离子的种类；
（2）①根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积列平衡常数的表达式；
②根据化学方程式进行计算；
③由表中数据可知温度升高CO₂转化率减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应放热，则有：
ⅰ、升高温度平衡向逆反应方向移动，K减小；
ⅱ、K只与温度有关，提高

n(H2)

n(CO2)

的值有利于平衡向正反应方向移动；
ⅲ、增大压强，反应速率加大，平衡向正反应方向移动，达新平衡后，氢气的浓度大于原平衡浓度；
（3）如空气的量不足，会导致汽油不完全燃烧产生炭黑而导致气体管道被堵塞；

解答：解：（1）乙醇燃料电池负极发生氧化反应，电极负极发生的反应是C₂H₅OH-12e^-+6O^2-=2CO₂+3H₂O，电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，
故答案为：C₂H₅OH-12e^-+6O^2-=2CO₂+3H₂O；负；
（2）①平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，K=

c(CH3CH2OH)×c3(H2O)

c2(CO2)× c6(H2)

，
故答案为：

c(CH3CH2OH)×c3(H2O)

c2(CO2)× c6(H2)

；
②根据化学方程式计算，1m³（标准状况）CO₂的物质的量为

1000L

22.4L/mol

=44.6mol，
产生CH₃CH₂OH 的物质的量为

1

2

×44.6mol=22.3mol，
故答案为：22.3；
③ⅰ、由表中数据可知温度升高CO₂转化率减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应放热，K减小，
故答案为：放热；减小；
ⅱ、K只与温度有关，提高

n(H2)

n(CO2)

的值有利于平衡向正反应方向移动，故答案为：不变；有利；
ⅲ、增大压强，反应速率加大，平衡向正反应方向移动，达新平衡后，氢气的浓度大于原平衡浓度
故答案为：；
（3）如使用汽油，如空气的量不足，会导致汽油不完全燃烧产生炭黑而导致气体管道被堵塞，
故答案为：电极的气体管道溶液被堵塞；汽油不完全燃烧产生碳黑．

点评：本题考查较为综合，题目难度较大，本题易错点为电极方程式的书写，注意把握原电池正负极的反应，利用守恒的方法进行书写．