Question

【題目】世界能源消費的90%以上依靠化學(xué)技術(shù)。請回答下列問題：

（1）質(zhì)子交換膜燃料電池中作為燃料的H2通常來自水煤氣。

已知：C（s）＋O2（g）=CO（g）ΔH1＝－110.35kJ·mol－1

2H2（g）＋O2（g）=2H2O（l）ΔH2＝－571.6kJ·mol－1

H2O（l）=H2O（g）ΔH3＝＋44.0kJ·mol－1

①則反應(yīng)C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）　ΔH4＝__________。

②某實驗小組在實驗室模擬反應(yīng)C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g），其平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝_______。一定溫度下，在2L盛有足量炭粉的恒容密閉容器（固體所占體積忽略不計）中通入0.8molH2O，6min時生成0.7gH2，則6min內(nèi)以CO表示的平均反應(yīng)速率為________（保留3位有效數(shù)字）。

（2）燃料氣（流速為1800mL·min－1；體積分?jǐn)?shù)為50%H2，0.98%CO，1.64%O2，47.38%N2）中的CO會使電極催化劑中毒，使用CuO/CeO2催化劑可使CO優(yōu)先氧化而脫除。

①160℃、CuO/CeO2作催化劑時，CO優(yōu)先氧化的化學(xué)方程式為__________。

②CeO2可由草酸鈰[Ce2（C2O4）3]隔絕空氣灼燒制得，同時生成兩種氣體，則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________。

③在CuO/CeO2催化劑中加入不同的酸（HIO3或H3PO4），測得燃料氣中CO優(yōu)先氧化的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如下圖所示。

加入________（填酸的化學(xué)式）的CuO/CeO2催化劑催化性能最好。溫度為120℃，催化劑為CuO/CeO2HIO3時，反應(yīng)0.5h后CO的體積為______mL。

（3）LiOH是制備鋰離子電池正極材料的重要原料，采用惰性電極電解制備LiOH的裝置如下圖所示。

①通電后，Li＋通過陽離子交換膜向________（填“M”或“N”）極區(qū)遷移。

②電極N產(chǎn)生的氣體a通入淀粉－KI溶液，溶液變藍(lán)，持續(xù)一段時間后，藍(lán)色可逐漸褪去。據(jù)此寫出電極N的電極反應(yīng)式：___________；藍(lán)色逐漸褪去是因為溶液中逐漸生成HIO3，寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______。

Answer 1

【答案】＋131.45kJ·mol－1 0.0292mol·L－1·min－1 2CO＋O2 2CO2 Ce2（C2O4）32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑ HIO3 105.84 M 2Cl－－2e－=Cl2↑ 5Cl2＋I2＋6H2O=2HIO3＋10HCl

【解析】

⑴①利用蓋斯定律來計算反應(yīng)C（s）＋H2O(g) CO(g) ＋H2(g)的ΔH4；②根據(jù)方程式得到平衡常數(shù)表達(dá)式，再計算6min時生成H2質(zhì)量和濃度，根據(jù)反應(yīng)轉(zhuǎn)化的c(CO)＝c(H2)，計算速率。

⑵①160℃、CuO/CeO2作催化劑時，CO優(yōu)先氧化為CO2；②隔絕空氣灼燒草酸鈰[Ce2(C2O4)3]分解制得CeO2，同時生成CO和CO2；③相同時間內(nèi)，CO的轉(zhuǎn)化率越高，說明催化性能越好，由圖象可知加入HIO3的CuO/CeO2催化劑催化性能最好；根據(jù)題知信息計算反應(yīng)0.5h后CO的體積。

⑶電極N上產(chǎn)生的氣體a通入淀粉－KI溶液，溶液變藍(lán)，持續(xù)一段時間后，藍(lán)色可逐漸褪去，則氣體a為Cl2，電極N為陽極；電極M是陰極，電極N的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－ = Cl2↑；藍(lán)色逐漸褪去是因為溶液中逐漸生成HIO3，說明Cl2將I2氧化成了HIO3。

⑴①已知：①C(s)＋O2(g) = CO(g) ΔH1＝－110.35kJ·mol－1；②2H2(g) ＋O2(g) = 2H2O(l) ΔH2＝－571.6kJ·mol－1；③H2O（l）= H2O(g) ΔH3＝＋44.0kJ·mol－1。則反應(yīng)C（s）＋H2O(g) CO(g) ＋H2(g) 可以通過①－②×－③得到，所以ΔH4＝①－②×－③＝(－110.35kJ·mol－1)－(－571.6kJ·mol－1)×－(＋44.0kJ·mol－1)＝＋131.45kJ·mol－1。②反應(yīng)C(s)＋H2O(g) CO(g) ＋H2(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式為；6min時生成0.7gH2，，根據(jù)反應(yīng)C(s)＋H2O(g) CO(g) ＋H2(g)可知，轉(zhuǎn)化的c(CO)＝c(H2)，則6min內(nèi)以CO表示的平均反應(yīng)速率為；故答案為：＋131.45kJ·mol－1；；0.0292mol·L－1·min－1。

⑵①160℃、CuO/CeO2作催化劑時，CO優(yōu)先氧化為CO2，方程式為2CO＋O22CO2；故答案為：2CO＋O2 2CO2。

②隔絕空氣灼燒草酸鈰[Ce2(C2O4)3]分解制得CeO2，同時生成CO和CO2，反應(yīng)方程式為Ce2(C2O4)32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑；故答案為：Ce2(C2O4)32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑。

③相同時間內(nèi)，CO的轉(zhuǎn)化率越高，說明催化性能越好，由圖象可知加入HIO3的CuO/CeO2催化劑催化性能最好。120℃時，0.5h后CO的轉(zhuǎn)化率是80%，燃料流速為1800mL·min－1，CO的體積分?jǐn)?shù)為0.98%，則反應(yīng)0.5h后CO的體積為1800mL·min－1×0.5h×60min·h－1×0.98%×(1－80%）＝105.84mL；故答案為：HIO3；105.84。

⑶電極N上產(chǎn)生的氣體a通入淀粉－KI溶液，溶液變藍(lán)，持續(xù)一段時間后，藍(lán)色可逐漸褪去，則氣體a為Cl2，電極N為陽極；電極M是陰極，電極M上H＋放電產(chǎn)生H2，促進(jìn)水的電離，LiOH在M極區(qū)制得，Li＋通過陽離子交換膜向M極區(qū)遷移。電極N為陽極，電極N的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－ = Cl2↑；藍(lán)色逐漸褪去是因為溶液中逐漸生成HIO3，說明Cl2將I2氧化成了HIO3，則Cl2被還原成HCl，反應(yīng)的化學(xué)方程式為5Cl2＋I2＋6H2O = 2HIO3 ＋10HCl；故答案為：M；2Cl－－2e－=Cl2↑；5Cl2＋I2＋6H2O=2HIO3＋10HCl。