(1)2009年,长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术上获得新突破,原理如图所示.

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  • 解题思路:(1)①依据燃料电池的反应原理是燃料燃烧的氧化还原反应,燃料在负极上发生氧化反应;氧气再正极发生还原反应;结合电解质环境书写电极反应;

    ②以石墨电极电解饱和食盐水,电解开始后阴极附近氢离子放电,溶液呈碱性使酚酞变红;依据甲醇燃料电池的反应,结合电池的理论效率,利用电子转移进行计算;

    (2)①根据化学平衡的三段式计算,结合平衡常数进行计算得到平衡浓度;

    ②转化率=

    消耗量

    起始量]×100%;提高CO的转化率可以使平衡正向进行,增大水蒸气的浓度;

    ③和平衡浓度比较分析判断条件的改变;

    (1)①根据装置可以知道d出生成大量的水,所以e电极是通入的氧气,反应环境是酸性溶液,发生电极反应为:O2+4e-+4H+=2H2O;

    ②以石墨电极电解饱和食盐水,电解开始后阴极附近氢离子放电,溶液呈碱性使酚酞变红;当6.4g甲醇完全反应生成CO2时,根据反应2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g),当消耗甲醇2mol时,转移电子为12mol,所以当6.4g甲醇即0.2mol甲醇完全反应生成CO2时,转移电子是1.2mol,电池的理论效率为80%,则外电路通过的电子个数=1.2mol×80%×6.02×1023=5.8×1023

    故答案为:O2+4e-+4H+=2H2O;5.8×1023

    (2)①依据化学平衡计算,设一氧化碳消耗浓度为x

    CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)

    起始量(mol/L) 0.01 0.01 0 0

    变化量(mol/L) xxxx

    平衡量(mol/L)0.01-x 0.01-x x x

    K=

    [CO2][H2]

    [ CO][H2O]=

    x2

    (0.01−x)2=1/2.25;

    得到x=0.004mol/L

    CO和CO2的平衡浓度分别为:0.006 mol•L-1; 0.004 mol•L-1

    ②CO的平衡转化率=[x/0.01]×100%=[0.004/0.01×100%=40%

    欲提高CO的转化率,下列措施中可行的是:

    a.反应是气体体积不变的反应,增加压强,平衡不动,故不符合;

    b.反应是放热反应,降低温度,平衡正向进行,一氧化碳的转化率增大,故符合

    c.体积不变,再充入CO,一氧化碳转化率减小,故不符合;

    d.更换催化剂对平衡无影响,故不符合;

    e.体积不变,再充入0.1molH2O,平衡正向进行,一氧化碳转化率增大,故符合;

    故选:be;

    故答案为:0.006 mol•L-1; 0.004 mol•L-1;40%;be;

    ③若5min~10min只改变了某一条件,依据平衡浓度和10min的浓度比较可知,是改变了H2O的浓度,水的浓度增大了0.01 mol•L-1或 H2O的物质的量,增大了0.1mol;

    故答案为:H2O的浓度,水的浓度增大了0.01 mol•L-1或 H2O的物质的量,增大了0.1mol;

    点评:

    本题考点: 原电池和电解池的工作原理;化学平衡的计算.

    考点点评: 本题考查了燃料电池的反应原理和电极判断,电极原理的应用和电子守恒的计算应用,电极反应判断,化学平衡的三段式计算,平衡常数的计算应用,转化率的计算和影响因素的分析,题目综合性较大.

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