原電池、電解(電鍍)池是化學(xué)反應(yīng)利用方面的典型事例,體現(xiàn)出能量之間的轉(zhuǎn)換,受到越來(lái)越多的關(guān)注。按要求回答下列各個(gè)問(wèn)題。
(1)南昌大學(xué)最近研發(fā)出一種新型納米鋰電池,已躋身國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。鋰離子電池的正極材料是鋰過(guò)渡金屬氧化物(例如LiCoO2)混以一定量的導(dǎo)電添加物(例如C)構(gòu)成的混合導(dǎo)體,負(fù)極材料是可插入鋰的碳負(fù)極。兩極的電極反應(yīng)式:
負(fù)極: 正極:。
充、放電時(shí)電池中的變化簡(jiǎn)單表示為: (a、b、c、d表示充放電過(guò)程)。其中表示充電時(shí)陰極發(fā)生變化的過(guò)程是 (填a、b、c、d),判斷理由是 。
(2)在正負(fù)極之間是固體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)又稱(chēng)離子導(dǎo)體,在一定溫度范圍內(nèi)具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性。固體電解質(zhì)雖然是固體,但卻像電解質(zhì)溶液一樣為離子的導(dǎo)電載體。下列物質(zhì)能作為固體電解質(zhì)的是 (填編號(hào))。
①特種鋼;②硝酸鉀晶體;③銀;④高純度硅。
(3)實(shí)驗(yàn)室中用該類(lèi)電池在鐵棒上鍍銅,當(dāng)有l(wèi)mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí),則正極產(chǎn)生物質(zhì)的質(zhì)量為 g。
(4)為了使產(chǎn)品更耐腐蝕和美觀,通常采用電鍍的方式,但隨之而來(lái)的是污染問(wèn)題。某電鍍廠處理有氰電鍍的廢水時(shí),用Ti02作催化劑,用NaCl0將CN-離子氧化成CNO-,CNO-在酸性條件下繼續(xù)被NaClO氧化成N2和C02;用如圖裝置實(shí)驗(yàn),通過(guò)測(cè)定二氧化碳的量確定CN-的含量。將濃縮后含CN-離子200mL的污水與過(guò)量NaClO溶液的混合液,倒入甲中,塞上橡皮塞,一段時(shí)間后,打開(kāi)橡皮塞和活塞,使溶液全部放入乙中,關(guān)閉活塞。
①甲中反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)____________
②乙中除生成N2和C02外,還有HCl及副產(chǎn)物Cl2等。在上述裝置中HCl和C12是如何被除掉的?______。
③實(shí)驗(yàn)后得到0.4吧沉淀,則濃縮后的污水中CN-的含量為 g/L。
(11分) 右圖為常用筆記本電腦所用甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。電池總反應(yīng)為2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O。(已知甲醇的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-725.76kJ ·mol-1)
(1)該裝置中 (填a或b)為電池的負(fù)極,其電極反應(yīng)為 。
(2)已知任何反應(yīng)都具有一定的可逆性。該甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池在實(shí)際工作中,各反應(yīng)物、生成物均以氣態(tài)的形式存在且反應(yīng)也具有一定可逆性,即其反應(yīng)原理可表示為2CH3OH(g)+3O2(g) 2CO2(g)+4H2O(g),試寫(xiě)出該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K= ; 在電腦的使用過(guò)程中,電池的溫度往往因?yàn)楦鞣N原因會(huì)升高,試判斷溫度升高時(shí)該反應(yīng)的平衡常K將 (填增大、減小、不變),其反應(yīng)的正反應(yīng)速率將 (填增大、減小、不變);逆反應(yīng)速率將 (填增大、減小、不變);溫度升高 (填有利或不利于)電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
(3)又已知在該條件下H2O(l)=H2O(g)ΔH=+akJ·mol-1;CH3OH(l)= CH3OH(g) ΔH=+b kJ·mol-1。若常溫下一定量的甲醇完全燃燒生成液態(tài)水釋放出了1451.52 kJ的能量,則等質(zhì)量的甲醇利用圖示裝置理論上可提供 mol電子的電量。
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