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2.中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術方面獲得新突破,組裝出了自呼吸電池及主動式電池.甲醇燃料電池的工作原理如圖所示.

(1)該電池工作時,c口通入的物質為O2;該電池負極的電極反應式為CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+
(2)工作一段時間后,當6.4g甲醇完全反應生成CO2時,有1.2NA個電子轉移.
(3)若該電池通入O2的量為1L(標準狀況),且反應完全,則用此電池來電解NaCl溶液(惰性電極),最多能產生Cl2的體積為2L(標準狀況).
(4)甲醇燃料可以由CO2催化加氫合成甲醇.該方法很好的解決CO2廢氣的利用問題,具有良好的應用前景.已知4.4g CO2氣體與H2氣體經催化加氫生成CH3OH氣體和水蒸氣時放出4.95kJ的能量.該反應的熱化學方程式為:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5 kJ/mol,
(5)(4)中的反應若在270℃、8MPa和適當催化劑的條件下,CO2的轉化率達到22%,則4.48m3(已折合為標準狀況)的CO2能合成CH3OH氣體的物質的量是44mol,此過程中能放出熱量2178 kJ.

分析 (1)根據氫離子移動方向知,右側電極為正極,通入氧氣發(fā)生得電子的還原反應,左側電極為負極,負極上通入燃料,發(fā)生失電子的氧化反應;
(2)根據甲醇電極發(fā)生的反應和轉移電子之間的關系式計算;
(3)根據轉移電子守恒計算生成氯氣的體積;
(4)依據題干條件,計算化學方程式中的量對應下的反應放熱,結合熱化學方程式的書寫方法,標注物質聚集狀態(tài),對應量的反應熱;
(5)依據轉化率結合熱化學方程式計算得到.

解答 解:(1)①據氫離子移動方向知,右側電極為正極,正極通入氧氣,即c口通入的物質為氧氣,左側電極為負極,負極上通入燃料甲醇,發(fā)生反應為:CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+
故答案為:O2;CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+
②正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水,電極反應式為:3O2+12H++12e-=6H2O,負極上甲醇失電子和水反應生成二氧化碳和氫離子,電極反應式為2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2↑+12H+,根據2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+知,甲醇和轉移電子之間的關系式得,當6.4g甲醇完全反應生成CO2時,轉移電子的物質的量=$\frac{6.4g}{32g/mol}$×6=1.2mol,則轉移電子個數(shù)為1.2NA,
故答案為:1.2;
(3)該電池通入O2的電極發(fā)生反應:O2+4H++4e-=2H2O,產生氯氣的電極上發(fā)生反應:2Cl--2e-=Cl2↑,根據轉移電子守恒得氯氣的體積=$\frac{1L×4}{2}$=2L,故答案為:2;
(4)已知4.4g CO2氣體與H2經催化加氫生成CH3OH氣體和水蒸氣時放出4.95kJ的能量,則1mol二氧化碳全部反應放熱49.5KJ;結合熱化學方程式書寫方法寫出熱化學方程式為:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5KJ/mol;
故答案為:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5KJ/mol;
(5)在270℃、8MPa和適當催化劑的條件下,物質為氣體,反應的熱化學方程式為:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5KJ/mol,CO2的轉化率達到22%,則4.48m3(已折合為標準狀況)的CO2在合成CH3OH氣體過程中轉化的物質的量為:$\frac{4.48×1{0}^{3}L}{22.4L/mol}$×22%=44mol,反應能放出熱量44mol×49.5KJ/mol=2178KJ;
故答案為:200;2178.

點評 本題考查了原電池的工作原理以及電極反應式的書寫計算、熱化學方程式的書寫與計算、熱化學方程式的含義、計算應用,蓋斯定律的計算應用,題目難度中等.

練習冊系列答案
相關習題

科目:高中化學 來源: 題型:填空題

12.有一瓶無色透明溶液,其中可能含有Na+、Mg2+、Ba2+、Al3+、Fe3+、SO42-、CO32-、I-.取該溶液進行以下實驗:
①用PH試紙測得該溶液顯酸性;
②取部分溶液,加入數(shù)滴新制氯水及少量CCl4,經振蕩、靜置后,CCl4層呈紫紅色;
③另取部分溶液,逐滴加入稀NaOH溶液,使溶液從酸性逐漸變至堿性,在整個滴加過程中無沉淀生成;
④取部分③得到的堿性溶液,加入Na2CO3溶液,有白色沉淀生成;
(1)該溶液為無色透明溶液,可確定其中一定不含F(xiàn)e3+;;(填離子符號,下同)
(2)由步驟①可知,溶液中一定不存在CO32-;
(3)由步驟②可知,溶液中含有I-;
(4)由步驟③可排除Mg2+、Al3+的存在;
(5)由步驟④可知,溶液中含有Ba2+,由此可排除SO42-的存在;
(6)試驗中不能夠確定是否存在的陽離子可用焰色反應(填操作名稱)進行檢驗.

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

13.為了探究鋅與稀硫酸的反應速率[以V(H2)表示],向反應混合液中加入某些物質,下列判斷正確的是( 。
A.加入少量水,v(H2)不變B.加入CH3COONa固體,v(H2)減小
C.加入NH4HSO4固體,v(H2)不變D.滴加少量CuSO4溶液,v(H2)減小

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

10.寫出下列反應的離子方程式.
(1)用稀硫酸清洗鐵銹Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
(2)小蘇打與食醋混合HCO3-+CH3COOH=CH3COO-+H2O+CO2
(3)硫酸銅溶液和氫氧化鋇溶液混合Cu2++SO42-+Ba2++2OH-=Cu(OH)2↓+BaSO4↓.

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17.某汽車公司首次發(fā)表了Na-S電池的有關報道.其結構如圖所示,電池反應為2Na+$\frac{n}{8}$S8$?_{充電}^{放電}$Na2Sn.下列說法不正確的是( 。
A.充電時熔鈉電極與電源的負極相連
B.放電時Na+向正極移動
C.放電時熔鈉電極作電池的正極
D.充電時陽極反應式為8Sn2--16e-═nS8

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

7.在下列溶液中,各組離子一定能夠大量共存的是( 。
A.使酚酞試液變紅的溶液:Na+、Cl-、SO42-、Fe3+
B.使紫色石蕊試液變紅的溶液:Fe2+、Mg2+、CO32-、Cl-
C.碳酸氫鈉溶液:K+、SO42-、Cl-、H+
D.pH>7的溶液:K+、Ba2+、Cl-、NO3-

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

14.用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,下列敘述正確的是( 。
A.標準狀況下含有NA個氦原子的氦氣的體積約為11.2 L
B.含0.01 mol FeCl3的飽和溶液滴入沸騰的水中,制得的氫氧化鐵膠體粒子數(shù)為0.01NA
C.標準狀況下,22.4 L CCl4所含的分子數(shù)約為NA
D.CO和N2組成的42g混合氣體中原子的個數(shù)為3NA

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

11.下圖表示在催化劑作用下X和Y合成具有生物活性的物質Z,W是中間產物(R1、R2均為烴基).

則下列有關敘述不正確的是( 。
A.反應①屬于加成反應B.1 mol W完全加成需要4 mol H2
C.X的核磁共振氫譜有四個峰D.X、Y、W、Z都能與NaOH溶液反應

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科目:高中化學 來源: 題型:填空題

12.新制氯水成分復雜,可發(fā)生多種不同的反應:
(1)向新制氯水中加入金屬Mg,發(fā)生反應的化學方程式為Mg+2HCl=MgCl2+H2↑.
(2)向新制氯水中加入FeCl2溶液,發(fā)生反應的化學方程式為2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
(3)向新制氯水中加入Na2CO3,發(fā)生反應的離子方程式為CO32-+2H+=CO2↑+H2O.
(4)向新制氯水中加入AgN03溶液.發(fā)生反應的離子方程式為Cl-+Ag+=AgCl↓.

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