Question

有人設(shè)計了一種乙醇燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極通入乙醇蒸汽．電池的固定電解質(zhì)是晶格摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-離子．
（1）該電極負極發(fā)生的反應(yīng)是

C₂H₅OH-12e^-=2CO₂+3H₂O

．固體電解質(zhì)中的O^2-向

負

極方向移動．
（2）乙醇的制備可以用CO2和氫氣為原料，在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)，
2CO₂（g）+6H₂（g）CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）  25℃時，K=2.95ⅹ10¹¹
①寫出反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=

c(CH3CH2OH)×c3(H2O)

c2(CO2)×c6(H2)

．
②1m³（標準狀況）CO₂按上式完全反應(yīng)，產(chǎn)生CH₃CH₂OH

22.3

mol．
③在一定壓強下，n（H₂）/n（CO₂）=2，測得反應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)如下表：

溫度（K）	500	600	700	800
CO2轉(zhuǎn)化率（%）	60	43	28	15

根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析：
�。�該反應(yīng)是

放熱

反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”），升高溫度，平衡常數(shù)K值

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
ⅱ．提高

n(H2)

n(CO2)

的值，K值

不變

（填“增大”、“減小”或“不變”），對生產(chǎn)乙醇

有利

（填“有利”或“不利”）．
ⅲ．如圖是某條件下H₂的濃度隨時間的變化曲線，若增大壓強，其他條件不變，請在原圖中畫出H₂的濃度隨時間的變化曲線．

（3）有人認為乙醇的來源成本比較高，為降低成本，可以設(shè)計汽油燃料電池，但卻存在一個最大問題，你認為該問題是

電極的氣體管道溶液被堵塞

．造成這種問題的主要原因是

汽油不完全燃燒產(chǎn)生碳黑

．

Answer 1

分析：（1）乙醇燃料電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，電池工作時，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，注意電解質(zhì)離子的種類；
（2）①根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積列平衡常數(shù)的表達式；
②根據(jù)化學(xué)方程式進行計算；
③由表中數(shù)據(jù)可知溫度升高CO₂轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)放熱，則有：
ⅰ、升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，K減��；
ⅱ、K只與溫度有關(guān)，提高

n(H2)

n(CO2)

的值有利于平衡向正反應(yīng)方向移動；
ⅲ、增大壓強，反應(yīng)速率加大，平衡向正反應(yīng)方向移動，達新平衡后，氫氣的濃度大于原平衡濃度；
（3）如空氣的量不足，會導(dǎo)致汽油不完全燃燒產(chǎn)生炭黑而導(dǎo)致氣體管道被堵塞；

解答：解：（1）乙醇燃料電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極負極發(fā)生的反應(yīng)是C₂H₅OH-12e^-+6O^2-=2CO₂+3H₂O，電池工作時，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，
故答案為：C₂H₅OH-12e^-+6O^2-=2CO₂+3H₂O；負；
（2）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，K=

c(CH3CH2OH)×c3(H2O)

c2(CO2)× c6(H2)

，
故答案為：

c(CH3CH2OH)×c3(H2O)

c2(CO2)× c6(H2)

；
②根據(jù)化學(xué)方程式計算，1m³（標準狀況）CO₂的物質(zhì)的量為

1000L

22.4L/mol

=44.6mol，
產(chǎn)生CH₃CH₂OH 的物質(zhì)的量為

1

2

×44.6mol=22.3mol，
故答案為：22.3；
③ⅰ、由表中數(shù)據(jù)可知溫度升高CO₂轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)放熱，K減小，
故答案為：放熱；減小；
ⅱ、K只與溫度有關(guān)，提高

n(H2)

n(CO2)

的值有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，故答案為：不變；有利；
ⅲ、增大壓強，反應(yīng)速率加大，平衡向正反應(yīng)方向移動，達新平衡后，氫氣的濃度大于原平衡濃度
故答案為：；
（3）如使用汽油，如空氣的量不足，會導(dǎo)致汽油不完全燃燒產(chǎn)生炭黑而導(dǎo)致氣體管道被堵塞，
故答案為：電極的氣體管道溶液被堵塞；汽油不完全燃燒產(chǎn)生碳黑．

點評：本題考查較為綜合，題目難度較大，本題易錯點為電極方程式的書寫，注意把握原電池正負極的反應(yīng)，利用守恒的方法進行書寫．