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）甲醇質子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉化為氫氣的兩種反應原理是
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①中反應物的總能量高于生成物的總能量
B．反應①中拆開CH₃OH（g）和H₂O（g）中的化學鍵所需能量大于形成CO₂（g）和3H₂（g） 中的化學鍵所釋放的能量
C．CH₃OH蒸氣的燃燒熱為大于192.9kJ/mol
D．根據②推知反應：2CH₃OH（l）+O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂（g）的△H＞-385.8kJ/mol
（2）最近科學家提出“綠色自由”構想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經化學反應后使空氣中的CO₂轉變為可再生燃料甲醇．若有2.2kg CO₂與足量H₂恰好完全反應，生成氣態的水和甲醇，可放出2473.5kJ的熱量，試寫出該反應的熱化學方程式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面世，其結構示意圖如圖2．
甲醇在催化劑作用下提供質子（H⁺）和電子，電子經外電路、質子經內電路到達另一電極后與氧氣反應，電池總反應為：2CH₃OH+3O₂═2CO₂+4H₂O．b處通入的物質是氧氣或空氣，負極反應式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）A．根據反應熱判斷反應物和生成物總能量相對大小；
B．根據反應熱判斷吸收能量和放出能量的相對大小；
C．CH₃OH蒸氣的燃燒熱為大于192.9kJ•mol^-1；
D．液態放出的能量少；
（2）2.2kg CO₂的物質的量是$\frac{2200g}{44g/mol}$，根據二氧化碳的物質的量與反應熱之間的關系寫出熱化學反應方程式；
（3）根據電子流向知，a處電極是負極，b處電極是正極，負極上燃料失電子發生氧化反應，正極上氧化劑得電子發生還原反應．

解答 解：（1）A．該反應是吸熱反應，所以生成物能量大于反應物能量，故錯誤；
B．該反應是吸熱反應，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．液態放出的能量少，故正確；
故選BCD；
（2）2.2kg CO₂的物質的量是$\frac{2200g}{44g/mol}$，50mol二氧化碳參加反應放出2473.5kJ的熱量，則1mol二氧化碳參加反應放出的能量是49.47kJ，所以該反應熱化學反應方程式為：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）根據電子流向知，a處電極是負極，b處電極是正極，正極上投放氧化劑，所以b處通入的物質是氧氣或空氣，負極上投放燃料甲醇，甲醇失電子和水反應生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：氧氣或空氣；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點評 本題考查了熱化學反應方程式的書寫、原電池原理，難度不大，注意燃料電池中電極反應式的書寫要結合電解質溶液的酸堿性，為易錯點．