Question

與甲醇燃料電池相比，乙醇燃料電池具有毒性低、理論能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛認(rèn)為是更有前途的燃料電池．圖是一個(gè)乙醇燃料電池工作時(shí)的示意圖．乙池中的兩個(gè)電極均為石墨電極，乙池中盛有100mL 3.00mol/L的CuSO₄溶液．請(qǐng)回答下列問題：
（1）N的電極反應(yīng)式為

4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O

．
（2）在此過程中，乙池中某一電極析出金屬銅6.4g時(shí)，甲池中理論上消耗氧氣

1.12

L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．
（3）在此過程中，若乙池中兩電極產(chǎn)生的氣體體積恰好相等時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），理論上需通入乙醇

4.6

 g．
（4）工業(yè)上可以利用下列反應(yīng)制取乙醇：
反應(yīng)I：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑  .

CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g） 25℃時(shí)．K=2.95×10¹¹
反應(yīng)II：2CO₂（g）+4H₂（g）

催化劑  .

CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）25℃時(shí)，K=1.7l×10²²
①寫出反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

，
②條件相同時(shí)，反應(yīng)I與反應(yīng)II相比，轉(zhuǎn)化程度更大的是

反應(yīng)II

．
③在一定壓強(qiáng)下，測(cè)得反應(yīng)I的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

溫度（K） CO2轉(zhuǎn)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

根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析：溫度升高，K值

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”），提高氫碳比．n（H₂）/n（CO₂），對(duì)生成乙醇

有利

（填“不利”或“有利”）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)燃料電池的正負(fù)極確定電解池的陰陽極，進(jìn)而確定電極反應(yīng)式的書寫；
（2）甲池和乙池是串聯(lián)電路，電路中轉(zhuǎn)移電子的量相等，根據(jù)電子守恒來計(jì)算消耗氧氣的量；
（3）根據(jù)乙池中兩電極的電極反應(yīng)計(jì)算兩電極產(chǎn)生的氣體體積恰好相等時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，進(jìn)而確定消耗乙醇的量；
（4）①平衡常數(shù)K=

生成物平衡濃度系數(shù)次方的乘積

反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次方的乘積

；
②根據(jù)平衡常數(shù)表征的意義來回答；
③根據(jù)化學(xué)平衡與移動(dòng)原理結(jié)合表中的數(shù)據(jù)來回答．

解答：解：（1）燃料電池中，通入燃料的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極，所以N極是電解池的陽極，放電的是電解質(zhì)中的氫氧根離子，即4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）乙池中M極是陰極，該極上析出金屬銅，電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，當(dāng)生成金屬銅6.4g即0.1mol時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為0.2mol，甲池和乙池是串聯(lián)電路，電路中轉(zhuǎn)移電子的量相等，根據(jù)甲池中氧氣的放電反應(yīng)O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，消耗氧氣的物質(zhì)的量為0.05mol，體積是0.05mol×22.4L/mol=1.12L，，故答案為：1.12；
（3）乙池中陽極反應(yīng)是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極反應(yīng)依次是：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂，當(dāng)銅離子全部放電時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是0.6mol，設(shè)轉(zhuǎn)移nmol電子時(shí)，兩極上產(chǎn)生氣體的體積相等，則兩極上產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量等式表示為：0.25n=0.5（n-0.6），解得n=1.2，根據(jù)反應(yīng)C₂H₆O+3O₂=2CO₂+3H₂O，在轉(zhuǎn)移，12mol電子時(shí)，消耗C₂H₆O的量為1mol，當(dāng)轉(zhuǎn)移1.2mol電子時(shí)，理論上消耗乙醇0.1moL，質(zhì)量是4.6g，故答案為：4.6；
（4）①平衡常數(shù)K=

生成物平衡濃度系數(shù)次方的乘積

反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次方的乘積

=

[C2H6O][H2O]3

[CO2]2[H2]6

 ，故答案為：

[C2H6O][H2O]3

[CO2]2[H2]6

 ；
②根據(jù)平衡常數(shù)表征的意義：K越大表示反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化程度大，故答案為：反應(yīng)II；
③根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以看出，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越小，所以平衡越往左移動(dòng)，說明向左的方向是吸熱的，即反應(yīng)是放熱，溫度越高K越小，根據(jù)表中數(shù)據(jù)提高氫碳比n（H₂）/n（CO₂），二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，所以向右進(jìn)行，有利于乙醇的生成，故答案為：減小，有利．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道綜合應(yīng)用知識(shí)題目，考查角度廣，難度很大．