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點，因此被廣泛認為是更有前途的燃料電池．圖是一個乙醇燃料電池工作時的示意圖．乙池中的兩個電極均為石墨電極，乙池中盛有100mL 3.00mol/L的CuSO₄溶液．請回答下列問題：


（1）N的電極反應式為______．
（2）在此過程中，乙池中某一電極析出金屬銅6.4g時，甲池中理論上消耗氧氣______L（標準狀況下）．
（3）在此過程中，若乙池中兩電極產生的氣體體積恰好相等時（標準狀況下），理論上需通入乙醇______ g．
（4）工業上可以利用下列反應制取乙醇：
反應I：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑  .

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

催化劑  .

CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）25℃時，K=1.7l×10²²
①寫出反應I的平衡常數表達式K=______，
②條件相同時，反應I與反應II相比，轉化程度更大的是______．
③在一定壓強下，測得反應I的實驗數據如下表：

溫度（K） CO2轉化率（%） n（H2）/n（CO2）	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2	60	43	28	15
3	83	62	37	22

根據表中數據分析：溫度升高，K值______（填“增大”、“減小”或“不變”），提高氫碳比．n（H₂）/n（CO₂），對生成乙醇______（填“不利”或“有利”）．

Answer 1

（1）燃料電池中，通入燃料的電極是負極，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，電極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu，當生成金屬銅6.4g即0.1mol時，轉移電子為0.2mol，甲池和乙池是串聯電路，電路中轉移電子的量相等，根據甲池中氧氣的放電反應O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，當轉移0.2mol電子時，消耗氧氣的物質的量為0.05mol，體積是0.05mol×22.4L/mol=1.12L，，故答案為：1.12；
（3）乙池中陽極反應是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極反應依次是：Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂，當銅離子全部放電時，轉移電子是0.6mol，設轉移nmol電子時，兩極上產生氣體的體積相等，則兩極上產生氣體的物質的量等式表示為：0.25n=0.5（n-0.6），解得n=1.2，根據反應C₂H₆O+3O₂=2CO₂+3H₂O，在轉移，12mol電子時，消耗C₂H₆O的量為1mol，當轉移1.2mol電子時，理論上消耗乙醇0.1moL，質量是4.6g，故答案為：4.6；
（4）①平衡常數K=

生成物平衡濃度系數次方的乘積

反應物平衡濃度系數次方的乘積

=

[C2H6O][H2O]3

[CO2]2[H2]6

 ，故答案為：

[C2H6O][H2O]3

[CO2]2[H2]6

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