(14分)氢能以其洁净、高效、高热值、环境友好等特点成为最有前途的新能源,制氢和储氢的方法有很多。
(1)下图所示电化学装置工作时均与H2有关。
①图A所示装置可用于电解K2MnO4制KMnO4,通电一段时间后阴极附近溶液的pH将会 (填“增大”、“减小”或“不变”) 。
②图B所示装置为吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池的原理,
开关连接用电器时,镍电极发生 (填“氧化”或“还原”)反应;开关连接充电器时,阳极的电极反应为 。
(2)热化学循环法制氢。已知:
①2Br2(g)+2CaO(s) == 2CaBr2(s)+O2(g) △H= —146kJ·mol—1
②3FeBr2(s)+4H2O(g) == Fe3O4(s)+6HBr(g)+H2(g) △H= +384kJ·mol—1
③CaBr2(s)+H2O(g) == CaO(s)+2HBr(g) △H= +212kJ·mol—1
④Fe3O4(s)+8HBr(g) == Br2(g)+3FeBr2(s)+4H2O(g) △H= —274kJ·mol—1
则2H2O(g) == 2H2(g)+O2(g)的△H= kJ·mol—1。
(3)光电化学分解制氢,原理如图所示,钛酸锶光电极的电极反应为4OH–– 4e–===O2+2H2O,则铂电极的电极反应为 。
(4)生物质制氢,若将生物质气化炉中出来的气体[主要有CH4、CO2、H2O(g)、CO及H2]在1.01×105Pa下进入转换炉,改变温度条件,各成分的体积组成关系如下图所示。下列有关图像的解读正确的是 。
A.利用CH4与H2O(g)及CO2转化为合成气CO和H2理论上是可行的 |
B.CH4(g)+CO2(g)→2CO(g)+2H2(g)和CH4(g)+H2O(g) → CO(g)+3H2(g),都是放热反应 |
C.CH4与CO2及H2O(g)转化为合成气CO和H2的适宜温度约为900℃ |
D.图像中曲线的交点处表示反应达到平衡 |
(5)LiBH4具有非常高的储氢能力,分解时生成氢化锂和两种单质,试写出该分解反应的化学方程式 。
工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-,它们会对人类及生态系统产生很大损害,必须进行处理。常用的处理方法之一是电解法。
(1)该法用Fe作电极电解含Cr2O72-的酸性废水,随着电解进行,在阴极附近溶液pH升高,产生Cr(OH)3沉淀。用Fe作电极的原因为。
(2)在阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应解释),溶液中同时生成的沉淀还有。
第三代混合动力车,可以用电动机、内燃机或二者结合推动车轮。汽车上坡或加速时,电动机提供推动力,降低汽油的消耗;在刹车或下坡时,电池处于充电状态。
(1)混合动力车目前一般使用镍氢电池,该电池中镍的化合物为正极,储氢金属(以M表示)为负极,碱液(主要为KOH)为电解质溶液。镍氢电池充放电原理示意如图,其总反应式为:H2+2NiOOH2Ni(OH)2
根据所给信息判断,混合动力车上坡或加速时,乙电极周围溶液的pH(填“增大”、“减小”或“不变”),该电极的电极反应式为。
(2)Cu2O是一种半导体材料,可通过如图的电解装置制取,电解总反应为:2Cu+H2OCu2O+H2↑
阴极的电极反应式是。
用镍氢电池作为电源进行电解,当蓄电池中有1 mol H2被消耗时,Cu2O的理论产量为g。
(3)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的腐蚀。为防止这种腐蚀,通常把船体与浸在海水里的Zn块相连,或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的(填“正”或“负”)极相连。
近几年开发的甲醇燃料电池采用铂作电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下:
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的极,电极反应式为;Pt(b)电极发生反应(填“氧化”或“还原”),电极反应式为。
(2)电池的总反应方程式为。
(3)如果该电池工作时电路中通过2 mol电子,则消耗的CH3OH有mol。
某研究性学习小组根据反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如下原电池,其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L-1,溶液的体积均为200 mL,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
回答下列问题:
(1)此原电池的正极是石墨(填“a”或“b”),发生反应。
(2)电池工作时,盐桥中的SO42-移向(填“甲”或“乙”)烧杯。
(3)两烧杯中的电极反应式分别为:甲,乙。
(4)若不考虑溶液的体积变化,MnSO4浓度变为1.5 mol·L-1,则反应中转移的电子为mol。
如图所示,在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。
(1)①当电解质溶液为稀硫酸时,Fe电极是(填“正”或“负”)极,其电极反应式为
。
②当电解质溶液为NaOH溶液时,Al电极是(填“正”或“负”)极,其电极反应式为。
(2)若把铝改为锌,电解质溶液为浓硝酸,则Fe电极是(填“正”或“负”)极,其电极反应式为。