Question

【题目】世界能源消费的90%以上依靠化学技术。回答下列问题：

（1）质子交换膜燃料电池中作为燃料的H2通常来自水煤气。

已知：C(s)+O2(g)=CO(g) △H1=－110.35kJ·mol－1

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

H2O(1)=H2O(g) △H3=+44.0kJ·mol－1

则反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H4=___________。

某实验小组在实验室模拟反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，其平衡常数表达式为K=___________。一定温度下，在2L盛有足量炭粉的恒容密闭容器中通入0.8molH2O，6min时生成0.7gH2。则6min内以CO表示的平均反应速率为___________(保留3位有效数字)。

（2）燃料气(主要含N2和H2，还含有少量其他杂质)中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO2催化剂可使CO优先氧化而脱除。CeO2可由草酸铈[Ce(C2O4)3]灼烧制得，反应的化学方程式为___________。在CuO/CeO2催化剂中加入不同的酸(HIO3或H3PO4)，测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度的变化如下图所示。

加入H3PO4___________(填“促进”或“抑制”)CuO/CeO2的催化。温度为120℃，催化剂为CuO/CeO2－HIO3时，若燃料气流速为1800mL·min－1，CO的体积分数为0.68%，则反应0.5h后CO的体积为___mL。

（3）LiOH是制备锂离子电池正极材料的重要原料，利用LiCl溶液电解制备得LiOH的装置如下图，LiOH在___________(填“M极”或“N极”)制得，N极产生的气体a通入淀粉KI溶液溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色可逐渐褪去。据此写出N极的电极反应式：__________，蓝色逐渐褪去是因为溶液中逐渐生成HIO3，写出此反应的化学方程式：______。

Answer 1

【答案】+131.45kJ/mol 0.0292molL-1min-1 Ce2(C2O4)32CeO2+4CO↑+2CO2↑ 抑制 73.44 M极 2Cl- -2e-=Cl2↑ 5 Cl2+I2+6H2O=2HIO3+10HCl

【解析】

（1）已知：①C（s）+O2（g）═CO（g）△H1=-110.35kJmol-1

②2H2O（l）═2H2（g）+O2（g）△H2=+571.6kJmol-1

③H2O（l）═H2O（g）△H3=+44.0kJmol-1

则：反应C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）可以是①+②×-③得到，所以△H4=①+②×-③=（-110.35kJmol-1）+（571.6kJmol-1）×-44.0kJmol-1=+131.45kJ/mol；

反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式为K=；

6min时生成0.7gH2，c(H2)=，根据反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)可知，转化的c(CO)=c(H2)，则6min内以CO表示的平均反应速率为υ(CO)=0.0292molL-1min-1；

（2）灼烧草酸铈[Ce(C2O4)3]分解制得CeO2、一氧化碳以及二氧化碳，反应方程式为：Ce2(C2O4)32CeO2+4CO↑+2CO2↑；

相同时间内，CO的转化率越高，说明催化性能越好，由图象知道当H3PO4加入时，CO的转化率降低，则抑制CuO/CeO2的催化；

120℃时，CO的转化率是80%，气体混合物流速为1800mLmin-1；CO的体积分数为0.68%，则反应0.5小时后CO的体积为1800 mLmin-1×0.5h×60min/h×0.68%×（1-80%）=73.44mL；

（3）N极产生的气体a通入淀粉KI溶液，溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色可逐渐褪去，则气体a为Cl2，N极为阳极；则M是阴极，电极M上H+放电产生H2，促进M极附近水的电离，则LiOH在M极制得；N极为阳极，根据放电顺序，N极的电极反应式为2Cl- -2e-=Cl2↑；蓝色逐渐褪去是因为溶液中逐渐生成HIO3，说明Cl2将I2氧化成HIO3，则Cl2被还原成盐酸，反应的化学方程式为5Cl2+I2+6H2O=2HIO3+10HCl。