原電池、電解(電鍍)池是化學反應(yīng)利用方面的典型事例,體現(xiàn)出能量之間的轉(zhuǎn)換,受到越來越多的關(guān)注。按要求回答下列各個問題。
(1)南昌大學最近研發(fā)出一種新型納米鋰電池,已躋身國內(nèi)領(lǐng)先地位。鋰離子電池的正極材料是鋰過渡金屬氧化物(例如LiCoO2)混以一定量的導(dǎo)電添加物(例如C)構(gòu)成的混合導(dǎo)體,負極材料是可插入鋰的碳負極。兩極的電極反應(yīng)式:
負極:
正極:
。
充、放電時電池中的變化簡單表示為:
(a、b、c、d表示充放電過程)。其中表示充電時陰極發(fā)生變化的過程是 (填a、b、c、d),判斷理由是 。
(2)在正負極之間是固體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)又稱離子導(dǎo)體,在一定溫度范圍內(nèi)具有很強的導(dǎo)電性。固體電解質(zhì)雖然是固體,但卻像電解質(zhì)溶液一樣為離子的導(dǎo)電載體。下列物質(zhì)能作為固體電解質(zhì)的是 (填編號)。
①特種鋼;②硝酸鉀晶體;③銀;④高純度硅。
(3)實驗室中用該類電池在鐵棒上鍍銅,當有l(wèi)mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時,則正極產(chǎn)生物質(zhì)的質(zhì)量為 g。
(4)為了使產(chǎn)品更耐腐蝕和美觀,通常采用電鍍的方式,但隨之而來的是污染問題。某電鍍廠處理有氰電鍍的廢水時,用Ti02作催化劑,用NaCl0將CN-離子氧化成CNO-,CNO-在酸性條件下繼續(xù)被NaClO氧化成N2和C02;用如圖裝置實驗,通過測定二氧化碳的量確定CN-的含量。將濃縮后含CN-離子200mL的污水與過量NaClO溶液的混合液,倒入甲中,塞上橡皮塞,一段時間后,打開橡皮塞和活塞,使溶液全部放入乙中,關(guān)閉活塞。
①甲中反應(yīng)的離子方程式為_____________
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②乙中除生成N2和C02外,還有HCl及副產(chǎn)物Cl2等。在上述裝置中HCl和C12是如何被除掉的?______。
③實驗后得到0.4吧沉淀,則濃縮后的污水中CN-的含量為 g/L。
(11分) 右圖為常用筆記本電腦所用甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。電池總反應(yīng)為2CH3OH+3O2
2CO2+4H2O。(已知甲醇的標準燃燒熱為-725.76kJ ·mol-1)
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(1)該裝置中 (填a或b)為電池的負極,其電極反應(yīng)為 。
(2)已知任何反應(yīng)都具有一定的可逆性。該甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池在實際工作中,各反應(yīng)物、生成物均以氣態(tài)的形式存在且反應(yīng)也具有一定可逆性,即其反應(yīng)原理可表示為2CH3OH(g)+3O2(g)
2CO2(g)+4H2O(g),試寫出該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=
; 在電腦的使用過程中,電池的溫度往往因為各種原因會升高,試判斷溫度升高時該反應(yīng)的平衡常K將
(填增大、減小、不變),其反應(yīng)的正反應(yīng)速率將 (填增大、減小、不變);逆反應(yīng)速率將
(填增大、減小、不變);溫度升高 (填有利或不利于)電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能。
(3)又已知在該條件下H2O(l)=H2O(g)ΔH=+akJ·mol-1;CH3OH(l)= CH3OH(g) ΔH=+b kJ·mol-1。若常溫下一定量的甲醇完全燃燒生成液態(tài)水釋放出了1451.52 kJ的能量,則等質(zhì)量的甲醇利用圖示裝置理論上可提供 mol電子的電量。
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