Question

3．世界能源消費的90%以上依靠化學(xué)技術(shù)．

（1）質(zhì)子交換膜燃料電池中作為燃料的H₂通常來自水煤氣．
已知：2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₁=-220.70kJ•mol^-1
2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
則C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₄=+131.45kJ/mol
（2）燃料氣（流速為3000mL•h^-1；體積分?jǐn)?shù)為50% H₂，0.90% CO，1.64% O₂，47.46% N₂）中的CO會使電極催化劑中毒，使用CuO/CeO₂催化劑可使CO優(yōu)先氧化而脫除．CeO₂可由草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]灼燒制得，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；在CuO/CeO₂催化劑中加入不同的酸（HIO₃或H₃PO₄），測得燃料氣中CO優(yōu)先氧化的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1示．
加入HIO₃（填酸的化學(xué)式）的$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$催化劑催化性能最好．催化劑為$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$-HIO₃，120℃時，反應(yīng)1h后CO的體積為5.4mL．
（3）LiOH是制備鋰離子電池正極材料的重要原料，其電解法制備的裝置如圖2已知產(chǎn)生的氣體a通入淀粉KI溶液，溶液變藍，持續(xù)一段時間后，藍色可逐漸褪去．則M極為電源的負(fù)（填“正”或“負(fù)”）極，B極區(qū)電解液為LiCl溶液（填化學(xué)式），該離子交換膜是陽（填“陽”或“陰”）離子交換膜．

Answer 1

分析 （1）已知：①．2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₁=-220.70kJ•mol^-1
②．2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
③．H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$+②×$\frac{1}{2}$-③可得：反應(yīng)C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），所以△H₄=△H₁×$\frac{1}{2}$+△H₂×$\frac{1}{2}$-△H₃；
（2）灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳；
相同時間內(nèi)，CO的轉(zhuǎn)化率越高，說明催化性能越好；
催化劑為$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$-HIO₃，120℃時，CO優(yōu)先氧化為二氧化碳，反應(yīng)方程式為：2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{120℃}$2CO₂，CO氣體混合物流速為3000mL•h^-1，體積分?jǐn)?shù)為：0.90%的CO，再結(jié)合CO的轉(zhuǎn)化率是80%計算；
（3）產(chǎn)生的氣體a通入淀粉KI溶液，溶液變藍，持續(xù)一段時間后，藍色可逐漸褪去，則氣體a為Cl₂，左側(cè)生成氫氣，則A中氫離子放電，可知A為陰極，在A中制備LiOH，Li⁺由A經(jīng)過陽離子交換膜向B移動，B中為LiCl溶液，氯離子放電生成氯氣．

解答 解：（1）已知：①．2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₁=-220.70kJ•mol^-1
②．2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
③．H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$+②×$\frac{1}{2}$-③可得：反應(yīng)C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），所以△H₄=△H₁×$\frac{1}{2}$+△H₂×$\frac{1}{2}$-△H₃=$\frac{1}{2}$×（-220.7kJ•mol^-1）+（571.6kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$-44.0kJ•mol^-1=+131.45kJ/mol，
故答案為：+131.45kJ/mol，
（2）灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，反應(yīng)方程式為：Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；
相同時間內(nèi)，CO的轉(zhuǎn)化率越高，說明催化性能越好，由圖象知道當(dāng)HIO₃加入時，催化性能最好；
催化劑為$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$-HIO₃，120℃時，CO優(yōu)先氧化為二氧化碳，反應(yīng)方程式為：2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{120℃}$2CO₂，CO氣體混合物流速為3000mL•h^-1，體積分?jǐn)?shù)為：0.90%的CO，則反應(yīng)1小時后CO的體積為3000mL•h^-1×1h×0.90%×（1-80%）=5.4mL，
故答案為：Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；HIO₃；5.4；
（3）產(chǎn)生的氣體a通入淀粉KI溶液，溶液變藍，持續(xù)一段時間后，藍色可逐漸褪去，則氣體a為Cl₂，左側(cè)生成氫氣，則A中氫離子放電，可知A為陰極，M是負(fù)極，在A中制備LiOH，Li⁺由A經(jīng)過陽離子交換膜向B移動，離子交換膜是陽離子交換膜，B中為LiCl溶液，氯離子放電生成氯氣，
故答案為：負(fù)；LiCl；陽．

點評 本題考查反應(yīng)熱有關(guān)計算、電解原理應(yīng)用、讀圖獲取信息能力等，側(cè)重于考查學(xué)生分析解決問題與知識遷移運用，題目難度中等．