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14.质子交换膜燃料电池广受关注.
(1)质子交换膜燃料电池中作为燃料的H2通常来自水煤气.
已知:C(s)+O2(g)═CO(g)△H1=-110.35kJ•mol-1
2H2O(l)═2H2(g)+O2(g)△H2=+571.6kJ•mol-1
H2O(l)═H2O(g)△H3=+44.0kJ•mol-1
则C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g)△H4=+131.45kJ/mol.
(2)燃料气(流速为1800mL•h-1;体积分数为50% H2,0.98% CO,1.64% O2,47.38% N2)中的CO会使电极催化剂中毒,使用CuO/CeO2催化剂可使CO优先氧化而脱除.
①160℃、CuO/CeO2作催化剂时,CO优先氧化反应的化学方程式为2CO+O2$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{160℃}$2CO2
②灼烧草酸铈[Ce2(C2O43]制得CeO2的化学方程式为Ce2(C2O43$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CeO2+4CO↑+2CO2↑.
③在CuO/CeO2催化剂中加入不同的酸(HIO3或H3PO4),测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1所示,加入HIO3(填酸的化学式)的CuO/CeO2催化剂催化性能最好.催化剂为$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$-HIO3,120℃时,反应1h后CO的体积为3.528mL.
(3)图2为甲酸质子交换膜燃料电池的结构示意图.该装置中a(填“a”或“b”)为电池的负极,负极的电极反应式为HCOOH-2e-=CO2+2H+

分析 (1)根据盖斯定律来计算化学反应的焓变;
(2)①160℃、CuO/CeO2作催化剂时,CO优先氧化为二氧化碳;
②灼烧草酸铈[Ce2(C2O43],分解制得CeO2、一氧化碳以及二氧化碳,配平方程式即可;
③CuO/CeO2催化剂催化性能最好,即化学反应速率最快,据图象来回答;催化剂为CuO/CeO2-HIO3,120℃时,CO的转化率是80%来计算回答;
(3)在燃料点池中,氢离子移向正极,在负极上发生燃料失电子的氧化反应.

解答 解:(1)已知:①C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g)△H1=-110.35kJ•mol-1
②2H2O(l)═2H2(g)+O2(g)△H2=+571.6kJ•mol-1
③H2O(l)═H2O(g)△H3=+44.0kJ•mol-1
则:反应C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g)可以是①+②×$\frac{1}{2}$-③得到,所以△H4=①+②×$\frac{1}{2}$-③=(-110.35kJ•mol-1)+(571.6kJ•mol-1)×$\frac{1}{2}$-44.0kJ•mol-1
=+131.45kJ/mol,故答案为:+131.45kJ/mol;
(2)①160℃、CuO/CeO2作催化剂时,CO优先氧化为二氧化碳,方程式为:2CO+O2$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{160℃}$2CO2,故答案为:2CO+O2$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{160℃}$2CO2
②灼烧草酸铈[Ce2(C2O43],分解制得CeO2、一氧化碳以及二氧化碳,即   Ce2(C2O43$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CeO2+4CO↑+2CO2↑,故答案为:Ce2(C2O43$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CeO2+4CO↑+2CO2↑;
③CuO/CeO2催化剂催化性能最好,即化学反应速率最快,据图象知道当HIO3加入时,催化性能最好,催化剂为CuO/CeO2-,120℃时,CO的转化率是80%,气体混合物流速为1800mL•h-1;体积分数为:0.98%的CO,则反应1小时后CO的体积为$\frac{1}{4}$×1800×1×0.98%×80%=3.528,故答案为:HIO3;3.528;
(3)在燃料点池中,氢离子移向正极b极,所以a是负极,在负极上发生燃料失电子的氧化反应:HCOOH-2e-=CO2+2H+,故答案为:a;HCOOH-2e-=CO2+2H+

点评 本题目综合考查学生电化学、热化学、盖斯定律的应用等综合知识,注意知识的归纳和整理是关键,难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

4.(1)有一块表面被氧化成氧化钠的金属钠,质量是10.8g.将它投入到100g水中完全反应后,收集到0.2g氢气,试计算,被氧化成氧化钠的金属的质量是4.6g.
(2)200℃时,11.6gCO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2充分反应后固体质量增加了3.6g,求原混合物中CO2和H2O的物质的量比1:4.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.将CO2转化为 CH4,既可以减少温室气体的排放,又能得到清洁能源.已知:
CO2(g)+2H2O(g)═CH4(g)+2O2(g)△H=+802kJ•mol-1如图为在恒温、光照和不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下,体积为1L的密闭容器中n (CH4)随光照时间的变化曲线.下列说法正确的是(  )
A.0~25h内,催化剂Ⅰ的催化效果比催化剂Ⅱ的效果好
B.0~16h内,v(H2O)=1.5 mol/(L•h)
C.在两种不同催化剂下,该反应的平衡常数不相等
D.反应开始后的15h内,第Ⅰ种催化剂的作用下,得到的CH4最多

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.一定温度下,对于两个可逆反应A(g)+2B(g )?2C(g)和A(s)+2B(g)?2C(g),都能说明两个反应都已达到平衡的是(  )
A.容器内总压强不再变化B.混合气体的密度不再变化
C.混合气体的平均摩尔质量不再变化D.混合气体的总质量不再变化

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.某同学在实验室用50mL 0.50mol•L-1盐酸、50mL 0.55mol•L-1 NaOH溶液和如图所示装置进行测定中和热的实验,得到表中的数据:
实验次数起始温度t1/℃终止温度t2/℃
盐酸NaOH溶液
120.220.323.7
220.320.523.8
321.521.624.9
试回答下列问题:
(1)实验时用环形玻璃棒搅拌溶液的方法是上下搅动不能用铜丝搅.拌棒代替环形玻璃棒的理由是铜传热快,防止热量损失.同时为保证实验成功该同学采取了许多措施,如图碎泡沫塑料的作用为隔热,减少热量的损失.
(2)经数据处理,t2-t1=3.4℃盐酸和NaOH溶液的密度按1g•cm-3计算,反应后,混合溶液的比热容按4.18J•g-1•℃-1计算).则该实验测得的中和热△H=-56.8kJ/mol
(3)若将盐酸改为浓硫酸,测得中和热为△H1,则△H1与△H的关系为:△H1<△H (填“<”、“>”或“=”).
(4)倒入NaOH溶液的正确操作是C(填字母).
A.沿玻璃棒缓慢倒入   B.分三次少量倒入   C.一次迅速倒入
(5)上述实验数值结果与57.3kJ mol-1有偏差,产生偏差的原因可能是abc(填字母).
a.实验装置保温、隔热效果差
b.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定酸溶液的温度
c.分多次把NaOH溶液倒人盛有硫酸的小烧杯中.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

19.2011年12月13日,加拿大正式宣布将退出《京都议定书》,这使CO2的排放问题再次成为了热点.当空气中CO2的体积分数超过0.050%时,会引起明显的温室效应.为减小和消除CO2对环境的影响,一方面世界各国都在限制其排放量,另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究.
I.最近有科学家提出“绿色自由”构想:把空气吹入碳酸钾溶液,然后再把CO2从溶液中提取出来,在一定条件下与H2反应,使之变为可再生燃料甲醇.其流程如图1:

①上述流程中碳酸钾溶液所起的作用是吸收或富集二氧化碳.
②在分解池中发生的反应为2KHCO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K2CO3+CO2↑+H2O(写出化学方程式).
Ⅱ.碳酸钾是重要的无机化工、医药、轻工原料之一,主要用于医药、玻璃、染料等工业,可用作气体吸附剂,干粉灭火剂,橡胶防老剂等.
已知:CO2、碳酸盐、碳酸氢盐的部分性质如下:CO2(过量)+OH-═HCO3-   HCO3-+OH-═CO32-+H2O
CO32-与H+反应生成CO2分两步:CO32-+H+═HCO3-;HCO3-+H+═H2O+CO2
①小王同学在实验室用如图2所示的装置和药品制取K2CO3溶液.他所制得的溶液中可能含有的杂质是碳酸氢钾氯化钾或氢氧化钾和氯化钾.
②该同学在数字实验室中用传感器对碳酸钾和碳酸氢钾的混合物样品进行成分测定,他分别称取三份不同质量的混合物样品,配成稀溶液,然后分别逐滴加入相同浓度的50ml硫酸,测得如表数据:
实验编号123
混合物的质量/g3.764.708.46
硫酸溶液的体积/mL50.0050.0050.00
生成二氧化碳的物质的量/mol0.030.03750.03
试计算:该混合固体中K2CO3与KHCO3的物质的量之比是2:1;所用硫酸的物质的量浓度为0.75mol•L-1

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

6.将BaCl2溶液分别滴入到K2SO4、稀H2SO4溶液中,均有沉淀产生,它们的离子方程式是Ba2++SO42-=BaSO4↓.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.PCl3和PCl5都是重要的化工原料,均可通过磷和氯气化合得到,反应过程和能量关系如图1所示(图中的△H表示生成1mol产物的数据).请回答下列问题:

(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式P(s)$\frac{3}{2}$Cl2(g)═PCl3(g)△H=-306kJ•mol-1
(2)磷在氯气中燃烧反应中,若参加反应的磷与氯气的物质的量之比为1:1.8,充分反应后,生成物中PCl3与PCl5的物质的量之比为7:3.
(3)PCl3可以被O2氧化生成一种无色透明的带刺激性臭味的液体X,相对分子质量为153.5,其中氯元素的质量分数为0.694,计算确定X的化学式为POCl3
(4)反应PCl3(g)+Cl2(g)?PCl5(g)在容积为10L的密闭容器中进行.起始时PCl3和PCl5均为0.2mol.反应在不同条件下进行,反应体系总压强随时间的变化如图2所示.
①计算实验a从反应开始至达到平衡时的反应速率v(PCl5)=1.7×10-4mol/L•min.
②与实验a相比,其他两组改变的实验条件及判断依据是:b加入催化剂,反应速率加快但不影响化学平衡、c温度升高,依据PV=nRT可知,当物质的量和体积一定,压强增大是温度升高引起.
③实验a的平衡转化率a为50%、实验c的平衡常数K为100.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.硼(B)及其化合物在化学中有重要的地位.请回答下列问题:
(1)Ga与B同主族,Ga的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1,B与同周期相邻两元素第一电离能由大到小的顺序是C>Be>B.
(2)硼酸(H3BO3)是白色片状晶体(层状结构如图1),有滑腻感,在冷水中溶解度很小,加热时溶解度增大.
①硼酸中B原子的杂化轨道类型为sp2
②硼酸晶体中存在的作用力有范德华力和共价键、氢键.
③加热时,硼酸的溶解度增大,主要原因是加热破坏了硼酸分子之间的氢键,硼酸分子与水分子之间形成氢键.
④硼酸与水作用时,硼原子与水电离产生的OH-以配位键结合形成Y-离子,导致溶液中C(H+)>c(OH-),Y-离子中的配位键可以表示为
(3)硼酸与氢氧化钠反应后,将溶液蒸发结晶,可以得到硼砂.硼砂阴离子Xm-(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图2所示,Xm-离子内部有(填“有”或“没有”配位键),判断的理由是B原子最外层只有三个价电子,但是4号B原子形成了4个键.

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