Question

世界能源消费的90%以上依靠化学技术。请回答下列问题：

（1）质子交换膜燃料电池中作为燃料的H₂通常来自水煤气。

已知：C（s）＋O₂（g）=CO（g）ΔH₁＝－110.35kJ·mol^－1

2H₂（g）＋O₂（g）=2H₂O（l）ΔH₂＝－571.6kJ·mol^－1

H₂O（l）=H₂O（g）ΔH₃＝＋44.0kJ·mol^－1

①则反应C（s）＋H₂O（g）CO（g）＋H₂（g）　ΔH₄＝__________。

②某实验小组在实验室模拟反应C（s）＋H₂O（g）CO（g）＋H₂（g），其平衡常数表达式为K＝_______。一定温度下，在2L盛有足量炭粉的恒容密闭容器（固体所占体积忽略不计）中通入0.8molH₂O，6min时生成0.7gH₂，则6min内以CO表示的平均反应速率为________（保留3位有效数字）。

（2）燃料气（流速为1800mL·min^－1；体积分数为50%H₂，0.98%CO，1.64%O₂，47.38%N₂）中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO₂催化剂可使CO优先氧化而脱除。

①160℃、CuO/CeO₂作催化剂时，CO优先氧化的化学方程式为__________。

②CeO₂可由草酸铈[Ce₂（C₂O₄）₃]隔绝空气灼烧制得，同时生成两种气体，则发生反应的化学方程式为____________。

③在CuO/CeO₂催化剂中加入不同的酸（HIO₃或H₃PO₄），测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度的变化如下图所示。

加入________（填酸的化学式）的CuO/CeO₂催化剂催化性能最好。温度为120℃，催化剂为CuO/CeO₂HIO₃时，反应0.5h后CO的体积为______mL。

（3）LiOH是制备锂离子电池正极材料的重要原料，采用惰性电极电解制备LiOH的装置如下图所示。

①通电后，Li^＋通过阳离子交换膜向________（填“M”或“N”）极区迁移。

②电极N产生的气体a通入淀粉－KI溶液，溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色可逐渐褪去。据此写出电极N的电极反应式：___________；蓝色逐渐褪去是因为溶液中逐渐生成HIO₃，写出此反应的化学方程式：_______。

Answer

＋131.45kJ·mol－1 0.0292mol·L－1·min－1 2CO＋O2 2CO2 Ce2（C2O4）32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑ HIO3 105.84 M 2Cl－－2e－=Cl2↑ 5Cl2＋I2＋6H2O=2HIO3＋10HCl

【解析】

⑴①利用盖斯定律来计算反应C（s）＋H2O(g) CO(g) ＋H2(g)的ΔH4；②根据方程式得到平衡常数表达式，再计算6min时生成H2质量和浓度，根据反应转化的c(CO)＝c(H2)，计算速率。

⑵①160℃、CuO/CeO2作催化剂时，CO优先氧化为CO2；②隔绝空气灼烧草酸铈[Ce2(C2O4)3]分解制得CeO2，同时生成CO和CO2；③相同时间内，CO的转化率越高，说明催化性能越好，由图象可知加入HIO3的CuO/CeO2催化剂催化性能最好；根据题知信息计算反应0.5h后CO的体积。

⑶电极N上产生的气体a通入淀粉－KI溶液，溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色可逐渐褪去，则气体a为Cl2，电极N为阳极；电极M是阴极，电极N的电极反应式为2Cl－－2e－ = Cl2↑；蓝色逐渐褪去是因为溶液中逐渐生成HIO3，说明Cl2将I2氧化成了HIO3。

⑴①已知：①C(s)＋O2(g) = CO(g) ΔH1＝－110.35kJ·mol－1；②2H2(g) ＋O2(g) = 2H2O(l) ΔH2＝－571.6kJ·mol－1；③H2O（l）= H2O(g) ΔH3＝＋44.0kJ·mol－1。则反应C（s）＋H2O(g) CO(g) ＋H2(g) 可以通过①－②×－③得到，所以ΔH4＝①－②×－③＝(－110.35kJ·mol－1)－(－571.6kJ·mol－1)×－(＋44.0kJ·mol－1)＝＋131.45kJ·mol－1。②反应C(s)＋H2O(g) CO(g) ＋H2(g)的平衡常数表达式为；6min时生成0.7gH2，，根据反应C(s)＋H2O(g) CO(g) ＋H2(g)可知，转化的c(CO)＝c(H2)，则6min内以CO表示的平均反应速率为；故答案为：＋131.45kJ·mol－1；；0.0292mol·L－1·min－1。

⑵①160℃、CuO/CeO2作催化剂时，CO优先氧化为CO2，方程式为2CO＋O22CO2；故答案为：2CO＋O2 2CO2。

②隔绝空气灼烧草酸铈[Ce2(C2O4)3]分解制得CeO2，同时生成CO和CO2，反应方程式为Ce2(C2O4)32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑；故答案为：Ce2(C2O4)32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑。

③相同时间内，CO的转化率越高，说明催化性能越好，由图象可知加入HIO3的CuO/CeO2催化剂催化性能最好。120℃时，0.5h后CO的转化率是80%，燃料流速为1800mL·min－1，CO的体积分数为0.98%，则反应0.5h后CO的体积为1800mL·min－1×0.5h×60min·h－1×0.98%×(1－80%）＝105.84mL；故答案为：HIO3；105.84。

⑶电极N上产生的气体a通入淀粉－KI溶液，溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色可逐渐褪去，则气体a为Cl2，电极N为阳极；电极M是阴极，电极M上H＋放电产生H2，促进水的电离，LiOH在M极区制得，Li＋通过阳离子交换膜向M极区迁移。电极N为阳极，电极N的电极反应式为2Cl－－2e－ = Cl2↑；蓝色逐渐褪去是因为溶液中逐渐生成HIO3，说明Cl2将I2氧化成了HIO3，则Cl2被还原成HCl，反应的化学方程式为5Cl2＋I2＋6H2O = 2HIO3 ＋10HCl；故答案为：M；2Cl－－2e－=Cl2↑；5Cl2＋I2＋6H2O=2HIO3＋10HCl。