Pin nhiên liệu sử dụng ethanol được đặc biệt quan tâm do có nguồn nhiên liệu sinh học dồi dào. Phản ứng xảy ra khi một pin ethanol – oxygen phóng điện ở 25°C trong dung dịch chất điện li là potassium hydroxide như sau: C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)
Câu 1. Một pin ethanol – oxygen được dùng để thắp sáng 5 bóng đèn LED, mỗi bóng có công suất 3 W (3 J/s) liên tục trong t giờ, tiêu thụ hết 230 gam ethanol với hiệu suất quá trình oxi hoá ethanol ở anode là 60%. Cho biết nhiệt tạo thành chuẩn của các chất:
Chất………………. C2H5OH(l)… O2(g)… CO2(g)… H2O(l)
(kJ/mol)… −277,6………. 0…… −393,5…. −285,8
Giá trị của t bằng bao nhiêu? (kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).
Câu 2. Một pin ethanol – oxygen được dùng để thắp sáng 5 bóng đèn LED, mỗi bóng có công suất 3 W (3 J/s) liên tục trong 72 giờ, tiêu thụ hết m gam ethanol. Biết rằng 60% lượng nhiệt sinh ra từ phản ứng (ở điều kiện chuẩn) được chuyển hoá thành điện năng. Cho biết nhiệt tạo thành chuẩn của các chất:
Chất………………. C2H5OH(l)… O2(g)… CO2(g)… H2O(l)
(kJ/mol)… −277,6………. 0…… −393,5…. −285,8
Giá trị của m bằng bao nhiêu? (Không làm tròn các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng đơn vị).
Câu 3. Pin nhiên liệu sử dụng ethanol được đặc biệt quan tâm do có nguồn nhiên liệu sinh học dồi dào. Phản ứng xảy ra khi một pin ethanol – oxygen phóng điện ở 25°C trong dung dịch chất điện li là potassium hydroxide như sau: C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) (1)
a) Ethanol có thể được sản xuất với số lượng lớn thông qua quá trình lên men các sản phẩm nông nghiệp (ngô, mía, sắn…).
b) Tại anode xảy ra quá trình oxi hoá C2H5OH, tại cathode xảy ra quá trình khử O2.
c) Ưu điểm của pin ethanol – oxygen hoạt động liên tục khi hệ thống cung cấp đầy đủ nguyên liệu và lượng chất phát thải ít.
d) Giả sử một ô tô sử dụng pin nhiên liệu ethanol – oxygen chạy quãng đường 160 km. Pin nhiên liệu ethanol – oxygen có công suất cực đại là 37 kW và hoạt động với 15% công suất tối đa của nó. Động cơ xe ô tô có hiệu suất sử dụng năng lượng là 80% và cần thiêu thụ 316 kJ năng lượng cho mỗi 1 km xe chạy. Biết 1 kW = 1 kJ/s, thời gian xe chạy là 3,01 giờ (chi làm tròn ở phép tính cuối cùng, kết quả làm tròn đến hàng phần trăm).
Câu trả lời tốt nhất
Câu 1.
= −393,5.2 −285,8.3 – (-277,6) = -1366,8 kJ
Năng lượng hữu ích từ 230 gam C2H5OH:
60%.1366,8.230/46 = 4100,4 kJ
Công suất 5 bóng đèn = 5.3 = 15 J/s
Thời gian thắp sáng = 4100,4.1000/15 = 273360s = 76h
Câu 2.
Năng lượng cần cung cấp cho bóng đèn = 5.3.72.3600 = 3888000 J = 3888 kJ
= −393,5.2 −285,8.3 – (-277,6) = -1366,8 kJ
mC2H5OH = 46.3888/(1366,8.60%) = 218 gam
Câu 3.
(a) Đúng, các sản phẩm nông nghiệp chứa cellulose, tinh bột hay các đường là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất ethanol sinh học thông qua các quá trình lên men.
(b) Đúng, với chất điện li KOH thì các quá trình ở điện cực là:
Anode: C2H5OH + 12OH- —> 2CO2 + 9H2O + 12e
Cathode: O2 + 2H2O + 4e —> 4OH-
(c) Đúng, pin nhiên liệu hoạt động liên tục chừng nào còn cung cấp nhiên liệu. Nhiên liệu là ethanol sinh học nên lượng CO2 phát thải không làm tăng lượng CO2 trong khí quyển.
(d) Sai
Năng lượng pin cần cung cấp để xe chạy 160 km = 160.316/0,8 = 63200 kJ
Thời gian xe chạy = 63200/(37.15%) = 11387s = 3,16h