Question

11．德國克萊斯公司成功研制了利用甲醇車載制氫氧燃料電池工藝，其原理如圖1所示，請觀察此圖回答：

（1）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)原理是
①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）；△H=+49.0kJ/mol
②2CH₃OH（g）+O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂（g）；△H=-385.8kJ/mol
下列說法正確的是
A．反應(yīng)①中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量
B．反應(yīng)①中拆開CH₃OH（g）和H₂O（g）中的化學(xué)鍵所需能量大于形成CO₂（g）和3H₂（g） 中的化學(xué)鍵所釋放的能量
C．CH₃OH蒸氣的燃燒熱為大于192.9kJ/mol
D．根據(jù)②推知反應(yīng)：2CH₃OH（l）+O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂（g）的△H＞-385.8kJ/mol
（2）最近科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使空氣中的CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．若�?.2kg CO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的水和甲醇，可放出2473.5kJ的熱量，試寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CO₂（g）+3H₂（g）=H₂O（g）+CH₃OH（g）△H=-49.47kJ/mol．
（3）可給筆記本電腦供電的甲醇燃料電池已經(jīng)面世，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2．
甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子（H⁺）和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一電極后與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂═2CO₂+4H₂O．b處通入的物質(zhì)是氧氣或空氣，負(fù)極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）A．根據(jù)反應(yīng)熱判斷反應(yīng)物和生成物總能量相對(duì)大��；
B．根據(jù)反應(yīng)熱判斷吸收能量和放出能量的相對(duì)大小；
C．CH₃OH蒸氣的燃燒熱為大于192.9kJ•mol^-1；
D．液態(tài)放出的能量少；
（2）2.2kg CO₂的物質(zhì)的量是$\frac{2200g}{44g/mol}$，根據(jù)二氧化碳的物質(zhì)的量與反應(yīng)熱之間的關(guān)系寫出熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（3）根據(jù)電子流向知，a處電極是負(fù)極，b處電極是正極，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）A．該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以生成物能量大于反應(yīng)物能量，故錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以斷鍵吸收的能量大于成鍵放出的能量，故正確；
C．CH₃OH蒸氣的燃燒熱為大于192.9kJ•mol^-1，故正確；
D．液態(tài)放出的能量少，故正確；
故選BCD；
（2）2.2kg CO₂的物質(zhì)的量是$\frac{2200g}{44g/mol}$，50mol二氧化碳參加反應(yīng)放出2473.5kJ的熱量，則1mol二氧化碳參加反應(yīng)放出的能量是49.47kJ，所以該反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=H₂O（g）+CH₃OH（g）△H=-49.47kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=H₂O（g）+CH₃OH（g）△H=-49.47kJ/mol；
（3）根據(jù)電子流向知，a處電極是負(fù)極，b處電極是正極，正極上投放氧化劑，所以b處通入的物質(zhì)是氧氣或空氣，負(fù)極上投放燃料甲醇，甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：氧氣或空氣；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、原電池原理，難度不大，注意燃料電池中電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性，為易錯(cuò)點(diǎn)．