Question

3．甲醇燃料電池（DNFC）被認為是21世紀電動汽車最佳候選動力源．
（1）101 kPa時，1 mol CH₃OH完全燃燒生成二氧化碳和液態水，放出熱量726.51 kJ/mol，則甲醇燃燒的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ/mol．
（2）甲醇質子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉化為氫氣的兩種反應原理是：
①CH₃ OH（g）+H₂ O（g）═CO₂ （g）+3H₂ （g）△H₁=+49.0 kJ•mol^-1 
②CH₃ OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═CO₂ （g）+2H₂ （g）△H₂ 
已知H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂ O（g）△H=-241.8 kJ•mol^-1 
則反應②的△H₂=-192.8kJ•mol^-1．
（3）甲醇燃料電池的結構示意圖如圖．甲醇進入負 極（填“正”或“負”），正極發生的電極反應為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O． 
（4）已知H-H鍵能為436 KJ/mol，H-N鍵能為391KJ/mol，根據化學方程式：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃ （g）△H=-92.4KJ/mol，則N≡N鍵的鍵能是945.6 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）1molCH₃OH完全燃燒生成穩定的氧化物為氣態二氧化碳和液態水，放出熱量726.51kJ/mol，以此書寫熱化學方程式；
（2）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反應②；
（3）甲醇燃料電池中，甲醇為負極，電解質為酸，甲醇失去電子生成二氧化碳；
（4）反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，以此解答．

解答 解：（1）1molCH₃OH完全燃燒生成穩定的氧化物為氣態二氧化碳和液態水，放出熱量726.51kJ/mol，則燃燒的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ/mol；
（2）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反應②，則△H₂=+49.0kJ•mol^-1+（-241.8kJ•mol^-1）=-192.8kJ•mol^-1，故答案為：-192.8kJ•mol^-1；
（3）甲醇燃料電池中，甲醇中C元素的化合價升高，則甲醇為負極，電解質為酸，甲醇失去電子生成二氧化碳，正極電極反應為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：負；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
（4）已知：H-H鍵能為436kJ/mol，H-N鍵能為391kJ/mol，令N≡N的鍵能為x，
對于反應N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92kJ/mol，
反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，故x+3×436kJ/mol-2×3×391kJ/mol=-92kJ/mol，
解得：x=945.6 kJ/mol，故答案為：945.6 kJ/mol．

點評 本題為綜合題，涉及反應熱的計算、熱化學反應方程式的書寫、燃料電池等知識點，注重高考常考考點的考查，題目難度中等．