Question

(18分)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 (m-x)CeO2xCe+xO2

(m-x)CeO2xCe+xH2O+xCO2mCeO2+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0.5molL-1 K2CO3溶液的pH=12，若忽略CO32-的第二级水解，则CO32- +H2OHCO3-+OH-的平衡常熟Kh= 。

(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SO42-含量较高，精制过程需添加钡试剂除去SO42-，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SO42-，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

（18分）

（1）H2O + CO2 =H2 + CO + O2（2分） 化学能（1分）

（2）CO – 2e- +4OH- = CO32- + 2H2O（2分） 2×10-4 mol·L-1（2分）

（3）①2Cl-+2H2O Cl2↑+ H2↑+2OH-（2分） 升高（1分）

② ac（2分） BaCO3(s) + SO42-(aq) = BaSO4 (s) + CO3 2-(aq)（2分）

③ <（2分） H2-2e-+2OH-=2H2O （2分）

【解析】

试题分析：（1）两式相加可得总反应方程式：H2O + CO2 =H2 + CO + O2；通过该反应把太阳能转化为了化学能。

（2）在碱性条件下，CO失电子转化为CO32?，电解方程式为：CO – 2e- +4OH- = CO32- + 2H2O；溶液的pH=12，则c(OH?)=0.01mol?L?1，若忽略CO32-的第二级水解，c(HCO3?)=0.01mol?L?1，则Kh=c(HCO3?)?c(OH?)/c(CO32?)= 0.01mol?L?1×0.01mol?L?1/0.5mol?L?1= 2×10-4 mol·L-1。

（3）①电解食盐水生成H2、H2和NaOH，所以离子方程式为：2Cl-+2H2O Cl2↑+ H2↑+2OH-；阴极上H2O电离出的H+得电子生成H2，使H2O的电离平衡向右移动，OH?浓度增大，所以pH升高。

②Ba(OH)2可与SO42?反应，OH?可加盐酸除去，BaCl2可与SO42?反应，而且不引入新杂质，Ba(NO3)2能与SO42?反应，但NO3?无法除去，故ac正确；BaCO3转化为更难溶的BaSO4，离子方程式为：BaCO3(s) + SO42-(aq) = BaSO4 (s) + CO3 2-(aq)。

③在燃料电池中，氧气作正极，所以通入空气的极是正极，O2得电子生成OH?，通入燃料的电极是负极，消耗OH?，所以a% < b%；负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应，电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O。

考点：本题考查电解池和原电池原理、平衡常数计算、方程式的书写。