燃料电池:能量利用率高.比燃料直接燃烧能量利用率高得多. 高三化学 第四单元 电解原理 查看更多

 

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燃料电池是燃料(CO、H2、CH4、CH3OH等)跟氧气或空气起反应,将此反应的化学能转化为电能的装置,电解质溶液通常用KOH溶液.下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是

[  ]

A.

负极反应式为:CH4+10OH→CO32-+7H2O+8e

B.

正极反应式为:2O2+4H2O+8e→8OH

C.

随着不断放电,电解质溶液碱性不变

D.

甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率高

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镁燃料电池具有高比能量、安全和成本低等特点,在军事和民用方面有良好的应用前景。镁燃料电池的氧化剂可以利用空气或者海水中的氧,还有过氧化氢和次氯酸盐等。

(1) 中性条件下镁-空气燃料电池的正极反应为__________________。

(2) 下图为镁-次氯酸盐燃料电池示意图,电极为镁合金和铂合金,图中A极的电极反应方程式为_________________,B极的电极反应方程式为__________________。

 

(3) 然而,镁电池总体上存在着三大缺陷:容量损失大,负极利用率低,电压损耗大。其中,容量损失大和负极利用率低主要是由于镁的自腐蚀引起的,且温度越高,自腐蚀越快,试写出在中性水溶液中,镁电极自腐蚀反应的化学方程式___________________。

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与甲醇燃料电池相比,乙醇燃料电池具有毒性低、理论能量密度高等优点,因此被广泛认为是更有前途的燃料电池.图是一个乙醇燃料电池工作时的示意图.乙池中的两个电极均为石墨电极,乙池中盛有100mL 3.00mol/L的CuSO4溶液.请回答下列问题:
(1)N的电极反应式为
4OH--4e-=O2↑+2H2O
4OH--4e-=O2↑+2H2O

(2)在此过程中,乙池中某一电极析出金属铜6.4g时,甲池中理论上消耗氧气
1.12
1.12
L(标准状况下).
(3)在此过程中,若乙池中两电极产生的气体体积恰好相等时(标准状况下),理论上需通入乙醇
4.6
4.6
 g.
(4)工业上可以利用下列反应制取乙醇:
反应I:2CO2(g)+6H2(g)
 催化剂 
.
 
CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 25℃时.K=2.95×1011
反应II:2CO2(g)+4H2(g)
 催化剂 
.
 
CH3CH2OH(g)+H2O(g)25℃时,K=1.7l×1022
①写出反应I的平衡常数表达式K=

②条件相同时,反应I与反应II相比,转化程度更大的是
反应II
反应II

③在一定压强下,测得反应I的实验数据如下表:

温度(K)

CO2转化率(%)
n(H2)/n(CO2
500 600 700 800
1.5 45 33 20 12
2 60 43 28 15
3 83 62 37 22
根据表中数据分析:温度升高,K值
减小
减小
(填“增大”、“减小”或“不变”),提高氢碳比.n(H2)/n(CO2),对生成乙醇
有利
有利
(填“不利”或“有利”).

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合理利用资源,降低碳的排放,实施低碳经济是今后经济生活主流方向。
⑴下列措施不利于有效减少二氧化碳排放的是     
A.植树造林,保护森林,保护植被
B.加大对煤和石油的开采,并鼓励使用石油液化气
C.推广使用节能灯和节能电器,使用空调时夏季温度不宜设置过低,冬天不宜过高
D.倡导出行时多步行和骑自行车,建设现代物流信息系统,减少运输工具空驶率
⑵科学家致力于二氧化碳的“组合转化”技术研究,如将CO2和H2以1∶4比例混合通入反应器,适当条件下反应可获得一种能源。完成以下化学方程式:CO2+4H2       +2H2O。
⑶CO2合成生产燃料甲醇(CH3OH)是碳减排的新方向。进行如下实验:某温度下在1 L的密闭容器中,充2 mol CO2和6 mol H2,发生:CO2(g)+3H2(g )CH3OH(g)+H2O(g)能判断该反应已达化学反应限度标志的是      (填字母)。
A.CO2百分含量保持不变
B.容器中H2浓度与CO2浓度之比为3:1
C.容器中混合气体的质量保持不变
D.CO2生成速率与CH3OH生成速率相等
现测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如左下图所示。从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=          mol/(L·min)。
   
⑷CO在催化作用下也能生成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g);已知密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H2,CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如右上图所示。
①若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA        tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
②若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态,此时在A点时容器的体积为VAL,则A、B两点时容器中,n(A)︰n(B)=          
⑸以KOH为电解质的甲醇燃料电池总反应为:2CH3OH+3O2+4KOH= 2K2CO3+6H2O,通入甲醇的电极为燃料电池的负极,正极发生的电极反应式为                    

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煤直接燃烧的能量利用率较低,为提高其利用率,工业上将煤气化(转变成CO和H2)后再合成乙醇、二甲醚等多种能源。
(1)如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流  量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。该电池的负极反应式为______________________。

(2)煤气化所得气体可用于工业合成二甲醚,其反应如下:
2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)。
同时发生副反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g)。
在温度为250 ℃、压强为3.0 MPa时,某工厂按投料比V(H2)∶V(CO) =a进行生产,平衡时反应体系中各组分的体积分数如下表:

物质
H2
CO
CO2
(CH3)2O
CH3OH(g)
H2O(g)
体积分数
0.54
0.045
0.18
0.18
0.015
0.03
 
①投料比a=________;
②250℃时反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K=________。

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