科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△
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科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-285.8 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1和-726.5 kJ·mol-1。请回答下列问题: (1)用太阳能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ; (2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为________________________; (3)在容积为2 L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇(CO2+3H2 CH3OH + H2O) 在其他条件不变得情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如下图所示(注:T1、T2均大于300℃);下列说法正确的是______(填序号)
①温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH) =nA/tA mol·L-1·min-1 ②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小 ③该反应为放热反应 ④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大 (4)在T1温度时,将1mol CO2和3mol H2充入一密闭恒容器中,充分反应达到平衡后,若CO2转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为_________________________。 |
答案
(1)2858 (2)CH3OH(l)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l) △H=-443.5kJ/moL (3)③④ (4)(4-2a):4 |
解析
(1)氢气的燃烧热是-285.8 kJ·mol,所以1mol水分解需要的能量就是285.8 kJ,则分解10mol水就需要2858 kJ。 (2)根据题意可知,①CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726.5kJ/moL、②CO(g)+ 1/2O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ/mol,所以①-②即得到CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l),所以反应热是-726.5kJ/moL+283.0kJ/mol=-443.5kJ/moL。 (3)①不正确,因为平衡时甲醇的浓度是nA/2 mol·L-1.T2时首先达到平衡状态,则温度是T2大于T1,温度高甲醇的含量底,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,即正反应是放热反应,所以②不正确,③④正确。答案选③④。 (4)CO2转化率为a,则消耗CO2时amol,氢气时3amol,生成甲醇和水蒸气都是amol,所以容器内的压强与起始压强之比为。 |
举一反三
电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是( )A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细 | B.氢氧燃料电池的正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH- | C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 | D.铅蓄电池的正极发生的反应是 Pb(s) - 2e—+SO42—(aq)= PbSO4(s) |
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查处酒后驾驶采用的“便携式测量仪”是以燃料电池为工作原理,在酸性环境中,乙醇被氧化为X,其中一个电极的反应式为:CH3CH2OH-2e-=X+2H+。下列说法中正确的是( )A.燃料电池属于二次电池 | B.另一极的电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH- | C.乙醇在正极发生氧化反应 | D.电池总反应为:2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O |
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(每空2分,共8分)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2-和HCO3-)为电解质,以丁烷为燃料,以空气为氧化剂,以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。该燃料电池负极电极反应式为: 2C4H10+26CO32--52e-=34CO2+10H2O 试回答下列问题: (1)该燃料电池的化学反应方程式为 ; (2)正极电极反应式为 。 (3)为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定。为此,必须在通入的空气中加入一种物质,加入的物质是 ,它来自 。 |
(6分)铅蓄电池是典型的可充型电池,它的正负极板是惰性材料,电池总反应式为:Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原) (1)放电时:正极的电极反应式是 ;当外电路通过1mol电子时,电解液中消耗H2SO4 mol。 (2)充电时,Pb 和电源的 极相连,此时发生的电极反应式为 。 |
(8分)氢氧燃料电池是将H2通入负极,O2通入正极而发生电池反应的,其能量转换率高。 (1)若电解质溶液为KOH,负极反应为_________________________________________ (2)若电解质溶液为硫酸,其正极反应为______________________ ,若在常温下转移2mol电子,可产生水质量为_________g。 (3)若用氢氧燃料电池电解由NaCl和CuSO4组成的混合溶液,其中c(Na+)=3c(Cu2+)=3mol·L—1,取该混合液100mL用石墨做电极进行电解,通电一段时间后,在阴极收集到1.12L (标准状况)气体。此时氢氧燃料电池中消耗H2和O2的物质的量各是多少?(写出计算过程)(保留2位小数) |
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