Question

磷酸燃料电池是目前较为成熟的燃料电池，其基本组成和反应原理如下．

（1）在改质器中主要发生的反应为

 

（2）移位反应器中CO（g）+H₂O （g）?CO₂ （g）+H₂（g），在一定温度下，在1L容器中发生上述反应，各物质的物质的量浓度变化如下表：

t/min	COmol/L）	H2O（mol/L）	CO2（mol/L）	H2（mol/L）
0	0.2	0.3	0	0
2	n1	n2	n3	0.1
3	n1	n2	n3	0.1
4	0.09	0.19	0.11	0.11

①此温度下，该反应的平衡常数为

 

②反应在3～4min之间，氢气的物质的量增多的原因可能是

 

（填代号）
A．充入水蒸汽    B．升高温度     C．使用催化剂     D．充入氢气
（3）磷酸燃料电池负极排出的气体主要是

 

，该电池正极的电极反应为

 

．
（4）磷酸燃料电池的电极上镀了铂粉，这样做的目的，除了起到更好的导电作用外，还具备的作用是

 

．
（5）总体看来，整个体系中能量来自与CxHy与空气的反应，假设CxHy为辛烷，且已知辛烷的燃烧热为5 518kJ?mol^-1，请写出辛烷燃烧热的热化学方程式

 

．

Answer 1

考点：化学电源新型电池,热化学方程式,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据改质器中的反应物和生成物判断反应方程式；
（2）①根据反应方程式和平衡浓度，计算平衡常数；
②根据4分钟时平衡浓度计算平衡常数，与原平衡常数比较；
（3）根据负极上废气的成分判断；正极上氧气得电子发生还原反应，注意结合电解质溶液的酸碱性书写电极反应式；
（4）增大反应物的接触面积可以加快反应速率；
（5）已知辛烷的燃烧热为5 518kJ?mol^-1，结合热化学方程式书写方法标注物质聚集状态和对应焓变写出．

解答： 解：（1）改质器中进入的物质是烃和水，反应温度是800℃，出来的气体是水、氢气和一氧化碳，所以发生的化学反应是C_xH_y+xH₂O

高温

xCO+（x+

y

2

）H₂，
故答案为：C_xH_y+xH₂O

高温

xCO+（x+

y

2

）H₂；
（2）①CO（g）+H₂O （g）?CO₂ （g）+H₂（g），
起始浓度（mol/L）：0.2     0.3        0         0
转化浓度（mol/L）：0.1     0.1        0.1       0.1
平衡浓度（mol/L）：0.1     0.2        0.1       0.1
则K=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.1×0.1

0.1×0.2

=0.5；
故答案为：0.5；
②4分钟时平衡浓度：c（CO）=0.09mol/L，c（H₂O）=0.19mol/L，c（CO₂）=0.11mol/L，c（H₂）=0.11mol/L，
则K=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.11×0.11

0.19×0.09

=0.71，4分钟时平衡常数比原平衡常数大，则平衡正移，
A．充入水蒸汽，平衡常数不变，故A错误；
B．升高温度，平衡常数改变，故B正确；
C．使用催化剂，平衡常数不变，故C错误；
D．充入氢气，平衡常数不变，故D错误；
故答案为：B；
（3）燃料电池中，负极上燃料失去电子发生氧化反应，二氧化碳是废气，所以排出的气体是二氧化碳；燃料电池中，正极上氧化剂得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
故答案为：CO₂；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（4）磷酸燃料电池的电极上镀了铂粉，电极表面积增大，能增大电极单位面积吸附H₂、O₂分子数，加快反应速率；
故答案为：增大电极单位面积吸附H₂、O₂分子数，加快反应速率；
（5）已知辛烷的燃烧热为5 518kJ?mol^-1，则25℃、101kpa下，1molC₈H₁₈（辛烷）燃烧生成二氧化碳和液态水时放出5 518kJ热量，所以反应的热化学方程式为：C₈H₁₈（l）+

25

2

O₂（g）═8CO₂（g）+9H₂O（l）△H=-5 518kJ?mol^-1，
故答案为：C₈H₁₈（l）+

25

2

O₂（g）═8CO₂（g）+9H₂O（l）△H=-5 518kJ?mol^-1．

点评：本题考查了燃料电池原理、化学平衡的有关计算、热化学方程式的书写等知识点，题目难度中等，注意电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，把握三段式在化学平衡计算中的应用．