近年來,各國加速推進(jìn)燃料電池的研發(fā).燃料電池的燃料有氫氣、甲醇等.
(1)通過下列硫--碘循環(huán)工藝可制得燃料電池的燃料氫氣:
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①該循環(huán)工藝過程的總反應(yīng)方程式為
 

②用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理分析,在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H2的目的是
 

(2)二氧化碳是地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)祝壳叭藗兲幚矶趸嫉姆椒ㄖ皇鞘蛊渑c氫氣反應(yīng)合成甲醇.已知?dú)錃狻⒓状既紵臒峄瘜W(xué)方程式如下:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-283.0kJ?mol-1…
2CH3OH(1)+3O2(g)→2CO2(g)+4H2O(1);△H=-726.0kJ?mol-1…
寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式
 

(3)甲醇--空氣燃料電池是利用稀土金屬氧化物作為固體電解質(zhì),這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導(dǎo)O2-
①負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是
 

②在稀土金屬氧化物的固體電解質(zhì)中,O2-.的移動(dòng)方向是
 

(4)已知反應(yīng)2CH30H?CH3OCH3(g)+H2O(g)某溫度下的平衡常數(shù)為400.此    溫度下,在密閉容器中加入CH3OH,反應(yīng)到某時(shí)刻測得各組分的濃度如下:
物質(zhì) CH3OH CH3OCH3 H2O
濃度/(mol?L-1 0.44 0.6 0.6
①比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小v
 
v (填“>”、“<”或“=”).
②若加入CH3OH后,經(jīng)10min反應(yīng)達(dá)到平衡,該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v(CH30H)=
 
分析:(1)①寫出該流程中的各反應(yīng)方程式,然后寫出總的反應(yīng)方程式即可;
②根據(jù)平衡移動(dòng)的原理進(jìn)行分析;
(2)依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計(jì)算得到二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式;
(3)①燃料電池中依據(jù)原電池工作原理,正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng),電解質(zhì)是固體,氧氣得到電子生成氧離子;甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳;
②根據(jù)原電池中陰離子移向負(fù)極進(jìn)行判斷;
(3)①將各物質(zhì)的濃度帶入平衡常數(shù)表達(dá)式,將計(jì)算結(jié)果與平衡常數(shù)進(jìn)行比較,從而判斷平衡移動(dòng)方向;
②設(shè)出達(dá)到平衡時(shí)甲醚的物質(zhì)的量濃度,然后利用平衡常數(shù)計(jì)算出達(dá)到平衡時(shí)甲醚的濃度,再計(jì)算出10min內(nèi)的反應(yīng)速率v(CH30H).
解答:解:①在反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng):SO2+I2+2H2O=2HI+H2SO4,2H2SO4=2SO2+2H2O+O2,在膜反應(yīng)器中的反應(yīng)為:2HI?I2+H2,根據(jù)以上反應(yīng)方程式可得:2H2O=O2+2H2,
故答案為:2H2O=O2+2H2
②在膜分離器中發(fā)生反應(yīng):2HI?I2+H2,將H2分離出來有利于平衡向右移動(dòng),利于I2和H2的生成,
故答案為:有利于平衡向右移動(dòng),有利于碘和氫氣的生成;
(2)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-283.0kJ?mol-1…
2CH3OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+4H2O(l)△H=-726.0kJ?mol-1
依據(jù)蓋斯定律①×3-②得到:2CO2 (g)+6H2 (g)=2CH3OH(l)+2H2O (l)△H=-123kJ?mol-1;
熱化學(xué)方程式為:CO2 (g)+H2 (g)=CH3OH(l)+H2O (l)△H=-61.5kJ?mol-1;
故答案為:CO2 (g)+H2 (g)=CH3OH(l)+H2O (l)△H=-61.5kJ?mol-1
(3)①甲醇一空氣燃料電池中氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氧離子,電極反應(yīng)為:O2+4e-=2O2-; 甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)為:CH3OH+3O2--6e-=CO2+2H2O;
故答案為:CH3OH+3O2--6e-=CO2+2H2O;
②依據(jù)電極反應(yīng)分析可知原電池中陰離子移向負(fù)極,氧離子從正極流向負(fù)極移動(dòng),
故答案為:從正極流向負(fù)極;
)①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為:K=
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
,將所給濃度帶入平衡常數(shù)表達(dá)式:
0.6×0.6
0.442
=1.86<400,故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行,正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率,
故答案為:>;
②設(shè)達(dá)到平衡時(shí)甲醚的物質(zhì)的量濃度為x,
                  2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)
某時(shí)刻濃度(mol?L-1):0.44           0.6     0.6
轉(zhuǎn)化濃度(mol?L-1):2x            x        x  
平衡濃度(mol?L-1):0.44-2x         0.6+x   0.6+x
將各組分濃度帶入平衡常數(shù)表達(dá)式可得:K=
(0.6+x)2
(0.44-2x)2
=400,解得 x=0.2mol/L,
達(dá)到平衡時(shí)甲醚的濃度為:0.8mol/L,則10min轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量濃度為:c(CH3OH)=2c(CH3OCH3)=1.6mol/L,
所以甲醇的反應(yīng)速率為v(CH3OH)=
1.6mol/L
10min
=0.16 mol/(L?min),
故答案為:0.16 mol/(L?min).
點(diǎn)評:本題考查較為綜合,題量較大,題目難度中等,注意“始、轉(zhuǎn)、平”是解決有關(guān)化學(xué)平衡的“三段論”解題法,當(dāng)三組量一旦確定,可以解答有關(guān)平衡時(shí)的平衡常數(shù)計(jì)算、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、平衡時(shí)成分的體積分?jǐn)?shù)等.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

由于燃料電池汽車,尤其氫燃料電池汽車可以實(shí)現(xiàn)零污染排放,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾乎無噪音,且氫能取之不盡、用之不竭,燃料電池汽車成為近年來汽車企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn).為了獲得競爭優(yōu)勢,各國紛紛出臺(tái)政策,加速推進(jìn)燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā).燃料電池的燃料有氫氣、甲醇、汽油等.
(1)二氧化碳是地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn),目前人們處理二氧化碳的方法之一是使其與氫氣反應(yīng)合成甲醇,甲醇是汽車燃料電池的重要燃料.已知?dú)錃、甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式如下:
2H2(g)+O2 (g)=2H2O (l)△H=-571.6kJ?mol-1  ①
CH3OH(l)+O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.0kJ?mol-1  ②
寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式:
CO2 (g)+3H2 (g)=CH3OH(l)+H2O (l)△H=-131.4 kJ?mol-1
CO2 (g)+3H2 (g)=CH3OH(l)+H2O (l)△H=-131.4 kJ?mol-1

(2)有科技工作者利用稀土金屬氧化物作為固體電解質(zhì)制造出了甲醇一空氣燃料電池.這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導(dǎo)O2-
①電池正極發(fā)生的反應(yīng)是
O2+4e-=2O2-
O2+4e-=2O2-
;
負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是
CH2OH+4O2--8e-=CO2+2H2O
CH2OH+4O2--8e-=CO2+2H2O

②在稀土金屬氧化物的固體電解質(zhì)中,O2-的移動(dòng)方向是
從正極流向負(fù)極
從正極流向負(fù)極

③甲醇可以在內(nèi)燃機(jī)中燃燒直接產(chǎn)生動(dòng)力推動(dòng)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行,而科技工作者卻要花費(fèi)大量的精力研究甲醇燃料汽車.主要原因是:
燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高
燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高

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科目:高中化學(xué) 來源:2010-2011學(xué)年江西省高三模擬考試(理綜)化學(xué)部分 題型:填空題

(15分)由于燃料電池汽車,尤其氫燃料電池汽車可以實(shí)現(xiàn)零污染排放,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾乎無噪音,且氫能取之不盡、用之不竭,燃料電池汽車成為近年來汽車企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。為了獲得競爭優(yōu)勢,各國紛紛出臺(tái)政策,加速推進(jìn)燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。燃料電池的燃料有氫氣、甲醇、汽油等。

(1)二氧化碳是地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn),目前人們處理二氧化碳的方法之一是使其與氫氣反應(yīng)合成甲醇,甲醇是汽車燃料電池的重要燃料。已知?dú)錃狻⒓状既紵臒峄瘜W(xué)方程式如下:

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)  △H= -571.6kJ·mol-1  ①

CH3OH(l)+ O2(g)→CO2(g)+2H2O(l) △H= -726.0kJ·mol-1  ②

寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式:_______________________。

(2)有科技工作者利用稀土金屬氧化物作為固體電解質(zhì)制造出了甲醇一空氣燃料電池。這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導(dǎo)O2-。

①電池正極反應(yīng)式為_______________,負(fù)極反應(yīng)式為_______________。

②在稀土金屬氧化物的固體電解質(zhì)中,O2-的移動(dòng)方向是___________ 。

③甲醇可以在內(nèi)燃機(jī)中燃燒直接產(chǎn)生動(dòng)力推動(dòng)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行,而科技工作者卻要花費(fèi)大量的精力研究甲醇燃料汽車。主要原因是:_________________________________

 

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科目:高中化學(xué) 來源:2011-2012學(xué)年浙江省溫州市八校聯(lián)考高三(上)期末化學(xué)試卷(解析版) 題型:填空題

由于燃料電池汽車,尤其氫燃料電池汽車可以實(shí)現(xiàn)零污染排放,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾乎無噪音,且氫能取之不盡、用之不竭,燃料電池汽車成為近年來汽車企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn).為了獲得競爭優(yōu)勢,各國紛紛出臺(tái)政策,加速推進(jìn)燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā).燃料電池的燃料有氫氣、甲醇、汽油等.
(1)二氧化碳是地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn),目前人們處理二氧化碳的方法之一是使其與氫氣反應(yīng)合成甲醇,甲醇是汽車燃料電池的重要燃料.已知?dú)錃、甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式如下:
2H2(g)+O2 (g)=2H2O (l)△H=-571.6kJ?mol-1  ①
CH3OH(l)+O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.0kJ?mol-1  ②
寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式:   
(2)有科技工作者利用稀土金屬氧化物作為固體電解質(zhì)制造出了甲醇一空氣燃料電池.這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導(dǎo)O2-
①電池正極發(fā)生的反應(yīng)是   
負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是   
②在稀土金屬氧化物的固體電解質(zhì)中,O2-的移動(dòng)方向是   
③甲醇可以在內(nèi)燃機(jī)中燃燒直接產(chǎn)生動(dòng)力推動(dòng)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行,而科技工作者卻要花費(fèi)大量的精力研究甲醇燃料汽車.主要原因是:   

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科目:高中化學(xué) 來源:2011屆江西省吉安一中高三模擬考試(理綜)化學(xué)部分 題型:填空題

(15分)由于燃料電池汽車,尤其氫燃料電池汽車可以實(shí)現(xiàn)零污染排放,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾乎無噪音,且氫能取之不盡、用之不竭,燃料電池汽車成為近年來汽車企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。為了獲得競爭優(yōu)勢,各國紛紛出臺(tái)政策,加速推進(jìn)燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。燃料電池的燃料有氫氣、甲醇、汽油等。
(1)二氧化碳是地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)祝?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic5/tikupic/9a/2/7dqyt1.gif" style="vertical-align:middle;" />目前人們處理二氧化碳的方法之一是使其與氫氣反應(yīng)合成甲醇,甲醇是汽車燃料電池的重要燃料。已知?dú)錃、甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式如下:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H= -571.6kJ·mol-1 ①
CH3OH(l)+ O2(g)→CO2(g)+2H2O(l) △H= -726.0kJ·mol-1 ②
寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式:_______________________。
(2)有科技工作者利用稀土金屬氧化物作為固體電解質(zhì)制造出了甲醇一空氣燃料電池。這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導(dǎo)O2-。
①電池正極反應(yīng)式為_______________,負(fù)極反應(yīng)式為_______________。
②在稀土金屬氧化物的固體電解質(zhì)中,O2-的移動(dòng)方向是___________ 。
③甲醇可以在內(nèi)燃機(jī)中燃燒直接產(chǎn)生動(dòng)力推動(dòng)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行,而科技工作者卻要花費(fèi)大量的精力研究甲醇燃料汽車。主要原因是:_________________________________

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