Question

【題目】世界能源消費的90%以上依靠化學技術�；卮鹣铝袉栴}：

（1）質子交換膜燃料電池中作為燃料的H2通常來自水煤氣。

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

則反應C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H4=___________。

某實驗小組在實驗室模擬反應C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，其平衡常數表達式為K=___________。一定溫度下，在2L盛有足量炭粉的恒容密閉容器中通入0.8molH2O，6min時生成0.7gH2。則6min內以CO表示的平均反應速率為___________(保留3位有效數字)。

（2）燃料氣(主要含N2和H2，還含有少量其他雜質)中的CO會使電極催化劑中毒，使用CuO/CeO2催化劑可使CO優先氧化而脫除。CeO2可由草酸鈰[Ce(C2O4)3]灼燒制得，反應的化學方程式為___________。在CuO/CeO2催化劑中加入不同的酸(HIO3或H3PO4)，測得燃料氣中CO優先氧化的轉化率隨溫度的變化如下圖所示。

加入H3PO4___________(填“促進”或“抑制”)CuO/CeO2的催化。溫度為120℃，催化劑為CuO/CeO2－HIO3時，若燃料氣流速為1800mL·min－1，CO的體積分數為0.68%，則反應0.5h后CO的體積為___mL。

（3）LiOH是制備鋰離子電池正極材料的重要原料，利用LiCl溶液電解制備得LiOH的裝置如下圖，LiOH在___________(填“M極”或“N極”)制得，N極產生的氣體a通入淀粉KI溶液溶液變藍，持續一段時間后，藍色可逐漸褪去。據此寫出N極的電極反應式：__________，藍色逐漸褪去是因為溶液中逐漸生成HIO3，寫出此反應的化學方程式：______。

Answer 1

【答案】+131.45kJ/mol 0.0292molL-1min-1 Ce2(C2O4)32CeO2+4CO↑+2CO2↑ 抑制 73.44 M極 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

則：反應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；

反應C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常數表達式為K=；

6min時生成0.7gH2，c(H2)=，根據反應C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)可知，轉化的c(CO)=c(H2)，則6min內以CO表示的平均反應速率為υ(CO)=0.0292molL-1min-1；

（2）灼燒草酸鈰[Ce(C2O4)3]分解制得CeO2、一氧化碳以及二氧化碳，反應方程式為：Ce2(C2O4)32CeO2+4CO↑+2CO2↑；

相同時間內，CO的轉化率越高，說明催化性能越好，由圖象知道當H3PO4加入時，CO的轉化率降低，則抑制CuO/CeO2的催化；

120℃時，CO的轉化率是80%，氣體混合物流速為1800mLmin-1；CO的體積分數為0.68%，則反應0.5小時后CO的體積為1800 mLmin-1×0.5h×60min/h×0.68%×（1-80%）=73.44mL；

（3）N極產生的氣體a通入淀粉KI溶液，溶液變藍，持續一段時間后，藍色可逐漸褪去，則氣體a為Cl2，N極為陽極；則M是陰極，電極M上H+放電產生H2，促進M極附近水的電離，則LiOH在M極制得；N極為陽極，根據放電順序，N極的電極反應式為2Cl- -2e-=Cl2↑；藍色逐漸褪去是因為溶液中逐漸生成HIO3，說明Cl2將I2氧化成HIO3，則Cl2被還原成鹽酸，反應的化學方程式為5Cl2+I2+6H2O=2HIO3+10HCl。