Question

質子交換膜燃料電池廣受關注．
（1）質子交換膜燃料電池中作為燃料的H₂通常來自水煤氣．
  已知：C（s）+

1

2

O₂（g）═CO（g）△H₁=-110.35kJ?mol^-1
2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ?mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ?mol^-1
則：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₄=

 

．
（2）燃料氣（流速為1800mL?h^-1；體積分數為：50% H₂，0.98% CO，1.64% O₂，47.38% N₂）中的CO會使電極催化劑中毒，使用CuO/CeO₂催化劑可使CO優先氧化而脫除．
①160℃、CuO/CeO₂作催化劑時，CO優先氧化反應的化學方程式為

 

．
②灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]制得CeO₂的化學方程式為

 

．
③在CuO/CeO₂催化劑中加入不同的酸（HIO₃或H₃PO₄），測得燃料氣中CO優先氧化的轉化率隨溫度變化如圖1所示．加入

 

．（填酸的化學式）的CuO/CeO₂催化劑催化性能最好．催化劑為CuO/CeO₂-HIO₃，120℃時，反應1小時后CO的體積為

 

mL．
（3）圖2為甲酸質子交換膜燃料電池的結構示意圖．該裝置中

 

．（填“a”或“b”）為電池的負極，負極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池

專題：化學反應中的能量變化,電化學專題

分析：（1）根據蓋斯定律來計算化學反應的焓變；
（2）①160℃、CuO/CeO₂作催化劑時，CO優先氧化為二氧化碳；
②灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]，分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，配平方程式即可；
③CuO/CeO₂催化劑催化性能最好，即化學反應速率最快，據圖象來回答；催化劑為CuO/CeO₂-HIO₃，120℃時，CO的轉化率是80%來計算回答；
（3）在燃料點池中，氫離子移向正極，在負極上發生燃料失電子的氧化反應．

解答： 解：（1）已知：①C（s）+

1

2

O₂（g）═CO（g）△H₁=-110.35kJ?mol^-1
②2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ?mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ?mol^-1
則：反應C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）可以是①+②×

1

2

-③得到，所以△H₄=①+②×

1

2

-③=（-110.35kJ?mol^-1）+（571.6kJ?mol^-1）×

1

2

-44.0kJ?mol^-1
=+131.45kJ/mol，故答案為：+131.45kJ/mol；
（2）①160℃、CuO/CeO₂作催化劑時，CO優先氧化為二氧化碳，方程式為：2CO+O₂

CuO/CeO2  .

160℃

2CO₂，故答案為：2CO+O₂

CuO/CeO2  .

160℃

2CO₂；
②灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]，分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，即   Ce₂（C₂O₄）₃

高溫  .

2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑，故答案為：Ce₂（C₂O₄）₃

高溫  .

2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；
③CuO/CeO₂催化劑催化性能最好，即化學反應速率最快，據圖象知道當HIO₃加入時，催化性能最好，催化劑為CuO/CeO₂-，120℃時，CO的轉化率是80%，氣體混合物流速為1800mL?h^-1；體積分數為：0.98%的CO，則反應1小時后CO的體積為

1

4

×1800×1×0.98%×80%=3.528，故答案為：HIO₃；3.528；
（3）在燃料點池中，氫離子移向正極b極，所以a是負極，在負極上發生燃料失電子的氧化反應：HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺，故答案為：a；HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺．

點評：本題目綜合考查學生電化學、熱化學、蓋斯定律的應用等綜合知識，注意知識的歸納和整理是關鍵，難度中等．