摘要: 燃料电池 燃料电池是一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池.它与一般的化学电源不同.一般化学电池的活性物质储存在电池内部.故而限制了电池的容量.而燃料电池的电极本身不包括活性物质.只是一个催化转化元件. 如:氢氧燃料电池. ①酸性介质时.电极反应: 负极: 正极: 总反应: ②碱性介质时.电极反应: 负极: 正极: 总反应: 除H2外.烃.肼.甲醇.氨.煤气等液体或气体.均可作燃料电池的燃料,除纯氧气外.空气中的氧气也可作氧化剂. 练习.新型燃料电池.甲烷.氧气及KOH电解质溶液.用Pt作两个电极.写出两个电极的电极反应式和总反应式. [巩固练习]

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燃料电池将燃料的化学能直接转化成电能,氢气和氧气源源不断地送入,反应连续不断进行,于是在电池内产生了持续的电流.反应的生成物是水,不会造成对环境的污染.燃料电池之所以能成为载人航天器的首选电池,另一个很重要的原因是相中了它生成的“废物”——水,这正好解决了宇航员在太空的饮水问题.当年美国“阿波罗11号”宇宙飞船的长达八天的登月旅行中,三位宇航员的生活用水,就来自于燃料电池提供的水.

(1)

若用燃料电池发电,输出电流的电流为533 A,则每小时能合成多少水?(已知阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023 mol-1,电子电量e=1.6×10-19C)________.

(2)

燃料电池在发电的同时,还合成了水.这正好解决了宇航员在太空中的饮水问题.

①宇航员饮用合成水,通过消化系统,大部分在下列哪一处被吸收(  )

A.口腔

B.食道

C.小肠

D.大肠

②原生质中含量最多的化学成分是(  )

A.糖类

B.水

C.无机盐

D.蛋白质

③水通过自由扩散的方式出入细胞,这种运输方式不需要________,也不需要________.

④水在生命体中以________和________两种形式存在.水既是________的重要组成成分,又是细胞内的________.各种生命体的生命活动,都是绝对不能离开水的.

(3)

请根据下图所示的质子交换膜氢一氧燃料电池工作原理图,说明通过负载的电流方向为________.

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在社会可持续发展的历史进程中,人类要合理地开发和利用能源、资源,保护好环境,这一切都离不开化学.
(1)研究发现,化学反应伴随着能量的变化,许多化学反应的能量变化主要是表现为
 
(填“热量”或“光能”)的吸收或放出.大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用,绿色植物在光合作用中把太阳能转化为
 
(填“电能”或“化学能”).原电池是一种常见的能量转化装置,在原电池中发生的化学反应属于
 
(填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”).
(2)燃气公司要把一套以煤气(主要成分是CO、H2)为燃料的灶具改为以天然气为燃料的灶具时,灶具应作相应调整,合理的方法是
 
(填字母).
a.增大空气的进入量            
b.增大天然气的进入量
c.空气和天然气的进入量都减小
(3)目前,石油和煤不仅是主要的能源,也是重要的化工原料.下列石油或煤的加工过程中,能够得到苯的是
 
(填字母).
a.石油的裂解            b.煤的干馏             c.石油的分馏
(4)已知某地区酸雨污染比较严重.分析该地区降雨的成分发现,雨水中的阴离子以硫酸根离子为主,约占阴离子总量的62%;阳离子以铵根离子为主,约占阳离子总量的84%.阴离子中SO42-和NO3-的质量比约为4.13:1,且NO3-的比例呈明显上升的趋势.
①该地区大气污染的特征是
 
(填字母).
a.煤烟型            
b.机动车尾气型
c.由煤烟型向煤烟型与机动车尾气混合型转化
②请你给出该地区防治酸雨的两条主要措施:
 
、
 
.
③某研究小组拟选择“不同地点空气中二氧化硫的含量分析”为课题进行探究.如果你参加该课题的探究,在小组讨论测定地点时,你建议选择的测定地点分别是
 
(至少答出3种不同类别的地点).
(5)汽车尾气中含有氮氧化物和一氧化碳等有害气体,在加装了汽车尾气处理装置后,可以使尾气中的有害成分在催化剂作用下转化为N2、CO2排出.现在有NO、NO2、CO三种气体组成的混合气甲40.32L(标准状况下),在催化剂存在下充分反应后,得到无色无毒的混合气乙,再将乙通入到足量的石灰水中生成100g沉淀,则原混合气甲中NO与NO2的体积比为
 
.
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Ⅰ.沿海地区有着丰富的海水资源,海水中主要含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、Br-、CO32-、HCO3-等离子。合理利用资源和保护环境是可持续发展的重要保证。

(1)海水经过处理后可以得到无水氯化镁,无水氯化镁是工业制取镁的原料。试写出电解熔融氯化镁制取金属镁的化学反应方程式???????????????????????????????? 。

(2)某化工厂生产过程中会产生含有Cu2+和Pb2+的污水。排放前拟用沉淀法除去这两种离子,根据下列数据,你认为投入?????????? (选填“Na2S”或“NaOH”)效果更好。

难溶电解质

Cu(OH)2

CuS

Pb(OH)2

PbS

Ksp

4.8×10-20

6.3×10-36

1.2×10-15

1.0×10-28

 

(3)火力发电在我国的能源利用中占较大比重,但是排放出的SO2会造成一系列环境和生态问题。利用海水脱硫是一种有效的方法,其工艺流程如下图所示:

①天然海水的pH≈8,试用离子方程式解释天然海水呈弱碱性的原因????????? (任写一个)。

②某研究小组为探究提高含硫烟气中SO2吸收效率的措施,进行了天然海水吸收含硫烟气的模拟实验,实验结果如图所示。

请你根据图示实验结果,就如何提高一定浓度含硫烟气中SO2的吸收效率,提出一条合理化建议:??? 。

③天然海水吸收了含硫烟气后会溶有H2SO3、HSO3-等分子或离子,使用氧气将其氧化的化学原理是?????????????????? (任写一个化学方程式或离子方程式)。氧化后的“海水”需要引入大量的天然海水与之混合后才能排放,该操作的主要目的是???????????????????????? 。

Ⅱ.能源是人类生存和发展的重要支柱。研究化学反应过程中的能量变化在能源紧缺的今天具有重要的理论意义。已知下列热化学方程式

①2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)???? H=-570kJ/mol;

②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)??? H=-242kJ/mol;

③C(s)+1/2O2(g)=CO(g)???? H=—110.5kJ/moL;

④C(s)+O2(g)=CO2(g)??????? H=—393.5kJ/moL;

⑤CO2(g)+2H2O(g)=2CH4(g)+2 O2(g)? H=+890kJ/moL

回答下列问题

(1)上述反应中属于吸热反应的是??????????????? 。

(2)H2的燃烧热为△H=??????????????? 。

(3)盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然难直接测定,但可通过间接的方法求得。已知C(s) + H2O(g)=H2(g)+ CO(g)???? H=akJ/moL;则a=???????? ;该反应的熵S???????? 0(选填“>”、“=”、“<”);已知自由能G=H—TS,当G<0时可自发进行。则该反应在什么条件下可自发进行__________________。

(4)CO分析仪以燃料电池为工作原理,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是????? 。

A.负极的电极反应式为:CO+O2—―2e-=CO2

B.工作时电极b作正极,O2—由电极a流向电极b

C.工作时电子由电极a通过传感器流向电极b

D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高

 

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Ⅰ.沿海地区有着丰富的海水资源,海水中主要含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、Br-、CO32-、HCO3-等离子。合理利用资源和保护环境是可持续发展的重要保证。
(1)海水经过处理后可以得到无水氯化镁,无水氯化镁是工业制取镁的原料。试写出电解熔融氯化镁制取金属镁的化学反应方程式                                。
(2)某化工厂生产过程中会产生含有Cu2+和Pb2+的污水。排放前拟用沉淀法除去这两种离子,根据下列数据,你认为投入          (选填“Na2S”或“NaOH”)效果更好。

难溶电解质
Cu(OH)2
CuS
Pb(OH)2
PbS
Ksp
4.8×10-20
6.3×10-36
1.2×10-15
1.0×10-28
 
(3)火力发电在我国的能源利用中占较大比重,但是排放出的SO2会造成一系列环境和生态问题。利用海水脱硫是一种有效的方法,其工艺流程如下图所示:

①天然海水的pH≈8,试用离子方程式解释天然海水呈弱碱性的原因         (任写一个)。
②某研究小组为探究提高含硫烟气中SO2吸收效率的措施,进行了天然海水吸收含硫烟气的模拟实验,实验结果如图所示。

请你根据图示实验结果,就如何提高一定浓度含硫烟气中SO2的吸收效率,提出一条合理化建议:   。
③天然海水吸收了含硫烟气后会溶有H2SO3、HSO3-等分子或离子,使用氧气将其氧化的化学原理是                  (任写一个化学方程式或离子方程式)。氧化后的“海水”需要引入大量的天然海水与之混合后才能排放,该操作的主要目的是                        。
Ⅱ.能源是人类生存和发展的重要支柱。研究化学反应过程中的能量变化在能源紧缺的今天具有重要的理论意义。已知下列热化学方程式
①2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)    H=-570kJ/mol;
②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)   H=-242kJ/mol;
③C(s)+1/2O2(g)=CO(g)    H=—110.5kJ/moL;
④C(s)+O2(g)=CO2(g)       H=—393.5kJ/moL;
⑤CO2(g)+2H2O(g)=2CH4(g)+2 O2(g) H=+890kJ/moL
回答下列问题
(1)上述反应中属于吸热反应的是               。
(2)H2的燃烧热为△H=               。
(3)盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然难直接测定,但可通过间接的方法求得。已知C(s) + H2O(g)=H2(g)+ CO(g)    H=akJ/moL;则a=        ;该反应的熵S        0(选填“>”、“=”、“<”);已知自由能G=H—TS,当G<0时可自发进行。则该反应在什么条件下可自发进行__________________。
(4)CO分析仪以燃料电池为工作原理,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是     。

A.负极的电极反应式为:CO+O2—―2e-=CO2
B.工作时电极b作正极,O2—由电极a流向电极b
C.工作时电子由电极a通过传感器流向电极b
D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高

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(2012?门头沟区一模)“富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状.随着能源的日益紧张,发展“煤化工”对我国能源结构的调整具有重要意义.下图是煤化工产业链之一.

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出热值很高的煤炭合成气,其主要成分是CO和H2.CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛.
(1)已知:
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5kJ/mol①
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H2=+131.3kJ/mol②
则反应CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g),△H=
-524.8
-524.8
kJ/mol.在标准状况下,33.6L的煤炭合成气与氧气完全反应生成CO2和H2O,反应过程中转移
3
3
mol e-.
(2)在一恒容的密闭容器中,由CO和H2合成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
①下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是
ad
ad

a.体系压强保持不变
b.密闭容器中CO、H2、CH3OH(g)3种气体共存
c.CH3OH与H2物质的量之比为1:2
d.每消耗1mol CO的同时生成2molH2
②CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如下图所示.

A、B两点的平衡常数
一样
一样
(填“前者”、“后者”或“一样”)大;达到A、C两点的平衡状态所需的时间tA
大于
大于
tC(填“大于”、“小于”或“等于”).在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率可采取的措施是
降温、加压、将甲醇从混合体系中分离出来
降温、加压、将甲醇从混合体系中分离出来
(答出两点即可).
(3)工作温度650℃的熔融盐燃料电池,是用煤炭气(CO、H2)作负极燃气,空气与CO2的混合气体为正极燃气,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质,以金属镍(燃料极)为催化剂制成的.负极的电极反应式为:CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O;则该电池的正极反应式为
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-+2CO2=2CO32-
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