Question

磷酸燃料電池是目前較為成熟的燃料電池，其基本組成和反應(yīng)原理如下．

（1）在改質(zhì)器中主要發(fā)生的反應(yīng)為

 

（2）移位反應(yīng)器中CO（g）+H₂O （g）?CO₂ （g）+H₂（g），在一定溫度下，在1L容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度變化如下表：

t/min	COmol/L）	H2O（mol/L）	CO2（mol/L）	H2（mol/L）
0	0.2	0.3	0	0
2	n1	n2	n3	0.1
3	n1	n2	n3	0.1
4	0.09	0.19	0.11	0.11

①此溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

②反應(yīng)在3～4min之間，氫氣的物質(zhì)的量增多的原因可能是

 

（填代號）
A．充入水蒸汽    B．升高溫度     C．使用催化劑     D．充入氫氣
（3）磷酸燃料電池負(fù)極排出的氣體主要是

 

，該電池正極的電極反應(yīng)為

 

．
（4）磷酸燃料電池的電極上鍍了鉑粉，這樣做的目的，除了起到更好的導(dǎo)電作用外，還具備的作用是

 

．
（5）總體看來，整個體系中能量來自與CxHy與空氣的反應(yīng)，假設(shè)CxHy為辛烷，且已知辛烷的燃燒熱為5 518kJ?mol^-1，請寫出辛烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)電源新型電池,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)改質(zhì)器中的反應(yīng)物和生成物判斷反應(yīng)方程式；
（2）①根據(jù)反應(yīng)方程式和平衡濃度，計(jì)算平衡常數(shù)；
②根據(jù)4分鐘時平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)，與原平衡常數(shù)比較；
（3）根據(jù)負(fù)極上廢氣的成分判斷；正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，注意結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫電極反應(yīng)式；
（4）增大反應(yīng)物的接觸面積可以加快反應(yīng)速率；
（5）已知辛烷的燃燒熱為5 518kJ?mol^-1，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)焓變寫出．

解答： 解：（1）改質(zhì)器中進(jìn)入的物質(zhì)是烴和水，反應(yīng)溫度是800℃，出來的氣體是水、氫氣和一氧化碳，所以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是C_xH_y+xH₂O

高溫

xCO+（x+

y

2

）H₂，
故答案為：C_xH_y+xH₂O

高溫

xCO+（x+

y

2

）H₂；
（2）①CO（g）+H₂O （g）?CO₂ （g）+H₂（g），
起始濃度（mol/L）：0.2     0.3        0         0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）：0.1     0.1        0.1       0.1
平衡濃度（mol/L）：0.1     0.2        0.1       0.1
則K=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.1×0.1

0.1×0.2

=0.5；
故答案為：0.5；
②4分鐘時平衡濃度：c（CO）=0.09mol/L，c（H₂O）=0.19mol/L，c（CO₂）=0.11mol/L，c（H₂）=0.11mol/L，
則K=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.11×0.11

0.19×0.09

=0.71，4分鐘時平衡常數(shù)比原平衡常數(shù)大，則平衡正移，
A．充入水蒸汽，平衡常數(shù)不變，故A錯誤；
B．升高溫度，平衡常數(shù)改變，故B正確；
C．使用催化劑，平衡常數(shù)不變，故C錯誤；
D．充入氫氣，平衡常數(shù)不變，故D錯誤；
故答案為：B；
（3）燃料電池中，負(fù)極上燃料失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化碳是廢氣，所以排出的氣體是二氧化碳；燃料電池中，正極上氧化劑得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
故答案為：CO₂；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（4）磷酸燃料電池的電極上鍍了鉑粉，電極表面積增大，能增大電極單位面積吸附H₂、O₂分子數(shù)，加快反應(yīng)速率；
故答案為：增大電極單位面積吸附H₂、O₂分子數(shù)，加快反應(yīng)速率；
（5）已知辛烷的燃燒熱為5 518kJ?mol^-1，則25℃、101kpa下，1molC₈H₁₈（辛烷）燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水時放出5 518kJ熱量，所以反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：C₈H₁₈（l）+

25

2

O₂（g）═8CO₂（g）+9H₂O（l）△H=-5 518kJ?mol^-1，
故答案為：C₈H₁₈（l）+

25

2

O₂（g）═8CO₂（g）+9H₂O（l）△H=-5 518kJ?mol^-1．

點(diǎn)評：本題考查了燃料電池原理、化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、熱化學(xué)方程式的書寫等知識點(diǎn)，題目難度中等，注意電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性，把握三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中的應(yīng)用．