Question

4．（1）乙醇燃料电池有着广泛的应用，若电解质为KOH溶液，写出电池工作时，负极的电极反应式：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
正极的电极反应式3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-．
（2）熔融碳酸盐燃料电池是以熔融的碳酸盐为电解质的燃料电池，其工作原理如图所示：
①若以氢气为燃料，则CO₃^2-移向电极a，写出电极b的电极反应：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．
②若以一氧化碳为燃料，则反应非常慢，可通过反应CO+H₂O=CO₂+H₂，使一氧化碳转化为氢气再进一步反应．
已知25℃时，C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/mol：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-242kJ/mol
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ/mol则25℃时，CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的反应热△H=-41 kJ/mol．
?已知反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）在某温度时的平衡常数是9.0．若反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.01mol/L，则一氧化碳在此反应条件下的转化率是75%．

Answer 1

分析 （1）乙醇燃料电池中，负极上是乙醇发生失电子的氧化反应，正极上是氧气发生得电子的还原反应，又因为电解质是KOH溶液，不会在电极上放出二氧化碳，据此书写；
（2）①在燃料电池中，燃料做负极，氧气作正极；电解质中的阴离子移向负极；
②根据盖斯定律来计算反应的焓变；
根据化学方程式列三段式结合平衡常数列方程进行计算．

解答 解：（1）乙醇燃料电池中，负极上是乙醇发生失电子的氧化反应，反应式为：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；正极上是氧气发生得电子的还原反应，反应式为：3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-，故答案为：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-；
（2）①在燃料电池中，燃料做负极，氧气作正极，所以若以氢气为燃料，根据：CO₃^2-移向电极a，则a为负极，b为正极，所以电极b为氧气得电子的还原反应，反应式为：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-，故答案为：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-；
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/mol；H₂O（g）=H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H=242kJ/mol；CO（g）=C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H=111kJ/mol，反应CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）可以看成是以上三个反应的和，所以反应CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-394kJ/mol+242kJ/mol+111kJ/mol=-41 kJ/mol；
设消耗的一氧化碳浓度为c，则：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始浓度：0.01 0.01 0 0
变化浓度：c c c c
平衡浓度：0.01-c 0.01-c c c
则有$\frac{c{\;}^{2}}{（0.01-c）{\;}^{2}}$=9，
解得c=0.0075（mol/L），
一氧化碳在此反应条件下的转化率=$\frac{0.0075}{0.01}$×100%=75%，
故答案为：-41 kJ/mol；75%．

点评 本题是一道综合题目，注重对原电池、盖斯定律计算反应热、化学平衡的计算的考查，考查角度广，难度较大．