Question

3．氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點．
已知：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=-247.4kJ•mol^-1
（1）以甲烷為原料制取氫氣是工業上常用的制氫方法．
CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.8kJ•mol^-1．
（2）實驗室用Zn和稀硫酸制取H₂，若向反應體系中加入少量下列試劑能加快產生H₂速率的是D．
A．HNO₃（濃）B．CH₃COONa（固體）
C．Na₂SO₄ （固體） D．CuSO₄（固體）
（3）有一種燃料電池，利用細菌將有機酸轉化成氫氣，氫氣進入有氫氧化鉀溶液的燃料電池中發電．電池負極反應式H₂+2OH^--2e^-═2H₂O．燃料電池與普通燃燒過程相比，優點是燃料電池的能量轉化率遠高于普通燃燒過程．
（4）微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，其工作原理如圖所示．請寫出
①負極電極方程式C₆H₁₂O₆-24e^-+6H₂O=6CO₂+24H⁺．
②電池總反應方程式C₆H₁₂O₆+6O₂=6CO₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律解答，從待求反應出發分析反應物、生成物在所給反應中的位置，通過相互加減可得CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）的熱化學方程式；
（2）依據影響化學反應速率因素分析判斷增大反應速率的試劑，注意原電池反應的分析判斷；
（3）燃料電池電極反應式書寫，用總反應減去一個電極反應式就得另一個電極反應式；
（4）①根據圖知，負極上C₆H₁₂O₆失電子，正極上O₂得電子和H⁺反應生成水，負極的電極反應式為C₆H₁₂O₆+6H₂O-24e^-=6CO₂+24H⁺，正極的電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
②該反應屬于燃料電池，燃料電池的電池反應式和燃燒反應式相同．

解答 解：（1）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kmol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=-247.4kJmol^-1
據蓋斯定律，①×2-②得：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.8kJ•mol^-1；
（2）若加入少量下列試劑中生成氫氣反應速率增大，則
A．加入濃HNO₃ 溶液具有強氧化性，和鋅反應不能生成氫氣，故A不符合；
B．加入CH₃COONa（固體）溶解后和稀硫酸反應生成醋酸屬于弱酸，反應速率減小，故B不符合；
C．加入Na₂SO₄固體不影響反應的速率，故C不符合；
D．加入CuSO₄ 溶液，和鋅反應生成銅，銅和鋅在稀硫酸溶液中形成原電池反應，生成氫氣速率增大，故D符合；
故答案為：D；
（3）這是氫氧燃料電池，負極發生氧化反應，是H₂在反應，注意電解質溶液顯堿性，H₂得電子不能寫出H⁺，因為其能和OH^-反應，負極反應為H₂+2OH^--2e^-═2H₂O；
氫氣燃燒本身無污染，但產生光能等，并且熱能損耗較大，而氫氧燃料電池，是化學能直接轉化為電能，無光能等產生，所以燃料電池的能量轉化率高，
故答案為：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O；燃料電池的能量轉化率遠高于普通燃燒過程；
（4）①根據圖知，負極上C₆H₁₂O₆失電子，正極上O₂得電子和H⁺反應生成水，負極的電極反應式為C₆H₁₂O₆+6H₂O-24e^-=6CO₂+24H⁺，正極的電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，因此CO₂在負極產生，故答案為：C₆H₁₂O₆-24e^-+6H₂O=6 CO₂+24H⁺；
②該反應屬于燃料電池，燃料電池的電池反應式和燃燒反應式相同，則電池反應式為C₆H₁₂O₆+6O₂=6CO₂+6H₂O，故答案為：C₆H₁₂O₆+6O₂=6CO₂+6H₂O．

點評 本題考查熱化學方程式書寫、化學電源新型電池，為高頻考點，正確判斷電解質溶液酸堿性是解本題關鍵，所有原電池中都是負極上失電子發生氧化反應、正極上得電子發生還原反應，難點是電極反應式的書寫，主要涉及到蓋斯定律、氧化還原、弱電解質的電離平衡的移動、燃料電池，題目難度中等．