Question

能源的开发和利用是当前科学研究的重要课题．
（1）利用二氧化铈（CeO₂）在太阳能作用下前实现如下变废为宝的过程：
mCeO₂

太阳能 .

.

（m-x）CeO₂?xCe+xO₂
（m-x）CeO₂?xCe+xH₂O+xCO₂

900oC .

.

mCeO₂+xH₂+xCO
上述过程的总反应是

 

，该反应将太阳能转化为

 

．
（2）CO、O₂和KOH溶液构成的燃料电池的负极电极反应式为

 

．该电池反应可获得K₂CO₃溶液，某温度下0.5mol?L^-1K₂CO₃溶液的pH=12，若忽略CO₃^2-的第二级水解，则CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-的平衡常数K_h=

 

．
（3）氯碱工业是高耗能产业，下列将电解池与燃料电池相组合的工艺可以节能30%以上．

①电解过程中发生反应的离子方程式是

 

，阴极附近溶液pH

 

（填“不变”、“升高”或“下降”）．
②如果粗盐中SO₄^2-含量较高，精制过程需添加钡试剂除去SO₄^2-，该钡试剂可选用下列试剂中的

 

．
a．Ba（OH）₂   b．Ba（NO₃）₂    c．BaCl₂
现代工艺中更多使用BaCO₃除SO₄^2-，请写出发生反应的离子方程式

 

．
③图中氢氧化钠溶液的质量分数a%

 

b%（填“＞”、“=”或“＜”），燃料电池中负极上发生的电极反应为

 

．

Answer 1

考点：氯碱工业,反应热和焓变

专题：化学反应中的能量变化,电化学专题

分析：（1）各分方程加在一起即可得到总方程，根据反应中能量变化分析；
（2）燃料电池中燃料为负极，碱性条件下，CO在负极失电子生成碳酸根离子，已知CO₃^2-+H₂O=HCO₃^-+OH^-，Kh=

c(HCO3-)?c(OH-)

c(CO32-)

，根据氢氧根离子的浓度和碳酸根离子的浓度计算；
（3）①电解时阳极氯离子失电子，阴极氢离子得电子；阴极附近生成氢氧根离子；
②添加钡试剂除去SO₄^2-，注意不能引入新的杂质；BaCO₃与硫酸根离子反应生成BaSO₄；
③通入空气的一极为氧气得到电子生成氢氧根离子，燃料电池的负极上氢气失电子生成水．

解答： 解：（1）各分方程加在一起即可得到总方程，则总方程为：H₂O+CO₂═H₂+CO+O₂，该过程中在太阳能作用下将H₂O、CO₂转变为H₂、CO，所以把太阳能转变成化学能；
故答案为：H₂O+CO₂═H₂+CO+O₂；化学能；
（2）燃料电池中燃料为负极，碱性条件下，CO在负极失电子生成碳酸根离子，其电极反应为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O，已知CO₃^2-+H₂O=HCO₃^-+OH^-，Kh=

c(HCO3-)?c(OH-)

c(CO32-)

，0.5mol?L^-1K₂CO₃溶液的pH=12，则c（OH^-）=0.01mol?L^-1，则Kh=

0.01×0.01

0.5

=2×10^-4 mol?L^-1，
故答案为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O； 2×10^-4 mol?L^-1；
（3）①电解时阳极氯离子失电子，阴极氢离子得电子，则电解过程中发生反应的离子方程式是2Cl^-+2H₂O

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；阴极附近氢离子得电子生成氢气，同时生成氢氧根离子，所以阴极附近氢氧根离子浓度增大，则pH升高；
故答案为：2Cl^-+2H₂O

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；升高；
②添加钡试剂除去SO₄^2-，注意不能引入新的杂质，选Ba（NO₃）₂会引入杂质硝酸根离子，所以该钡试剂不能选用，BaCO₃与硫酸根离子反应生成BaSO₄，BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）=BaSO₄（s）+CO₃ ^2-（aq）；
故答案为：ac；BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）=BaSO₄（s）+CO₃ ^2-（aq）；
③通入空气的一极为氧气得到电子生成氢氧根离子，所以右端生成的氢氧化钠多，即a%＜b%，燃料电池的负极上氢气失电子生成水，则电极反应为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
故答案为：＜； H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．

点评：本题考查了化学变化中能量变化、燃料电池的原理应用、盐的水解平衡常数的计算、电解原理的应用等，题目综合性较强，难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．