题目内容

直接甲醇燃料电池（DMFC ），它属于质子交换膜燃料电池（PEMFC）中之一类，系直接使用水溶液以及蒸汽甲醇为燃料供给能源，而不需通过重组器高温重组甲醇、汽油及天然气等再取出氢以供发电．下列对于该电池的说法正确的是（　　）
分析：A．直接甲醇燃料电池低温生电、燃料成分危险性低、电池结构简单；
B．电池工作的原理是氢气与氧气反应生成水的过程，水增多，使硫酸溶液pH增大；
C．原电池负极失电子；
D．根据在闭合回路中正极和负极流过的电子数相等解题．
解答：解：A．直接甲醇燃料电池低温生电、燃料成分危险性低、电池结构简单等，故A正确；
B．该装置中由于水的生成而使硫酸溶液的浓度变小，因此pH值增大，故B错误；
C．原电池负极失电子，应为甲醇失电子，负极反应式为：2CH3OH+2H2O-12e-═12H++2CO2，故C错误；
D．正极发生的电极反应式是：3O2+12H++12e-═6H2O，负极发生的电极反应式是：2CH3OH+2H2O-12e-═12H++2CO2，
当1molCH3OH被氧化时，负极失去6mol电子，在正极正极得到6mol电子，消耗的氢离子是6mol，即1molCH3OH被氧化时就有6NA个氢离子在正极消耗，故D错误．
故选A．
点评：本题考查学生燃料电池的工作原理知识，可以根据所学知识进行回答，难度适中．
练习册系列答案
相关题目
火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的．

（1）脱硝．利用甲烷催化还原NOx：CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=-574kJ?mol-1 CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=-1160kJ?mol-1甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为
CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ?mol-1
CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ?mol-1
．
（2）脱碳．将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）  CH3OH（g）+H2O（g）△H3
①取五份等体积CO2和H2的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH3OH） 与反应温度T的关系曲线（见图1），则上述CO2转化为甲醇反应的△H3
＜
＜
0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2，进行上述反应．测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．下列说法正确的是
B
B
（填字母代号）．
A．第10min后，向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2，则再次达到平衡时c（CH3OH）=1.5mol/L
B．达到平衡时，氢气的转化率为0.75
C．0～10分钟内，氢气的平均反应速率为0.075mol/（L?min）
D．该温度下，反应的平衡常数的值为3/16
E．升高温度将使n（CH3OH）/n（CO2）增大
③直接甲醇燃料电池结构如图3所示．其工作时负极电极反应式可表示为
2CH3OH+2H2O-12e-═12H++2CO2
2CH3OH+2H2O-12e-═12H++2CO2
．
（3）脱硫．某种脱硫工艺中将废气经处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥．设烟气中的SO2、NO2的物质的量之比为1：1，则该反应的化学方程式为
12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4（NH4）2SO4+4NH4NO3
12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4（NH4）2SO4+4NH4NO3
．

火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。

（1）脱硝。利用甲烷催化还原NOx：

CH4（g）＋4NO2（g）＝4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）△H1＝-574 kJ·mol－1

CH4（g）＋4NO（g）＝2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）△H2＝-1160 kJ·mol－1

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为__________。

（2）脱碳。将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）  △H3

①取五份等体积CO2和H2的混合气体（物质的量之比均为1∶3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH3OH） 与反应温度T的关系曲线如右图所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3__________0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，进行上述反应。测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如右下图所示。下列说法正确的是__________（填字母代号）。

       A．第10 min后，向该容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2，则再次达到平衡时c（CH3OH）=1．5 mol/L

       B．0~10 min内，氢气的平均反应速率[为0．075 mol/（L·min）

       C．达到平衡时，氢气的转化率为0．75

       D．该温度下，反应的平衡常数的值为3/16

E．升高温度将使n（CH3OH）/n（CO2）减小

③直接甲醇燃料电池结构如右下图所示。其工作时正极的电极反应式可表

示为             。

（3）脱硫。某种脱硫工艺中将废气经处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥。硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其中原因可用一个离子方程式表示为：                         ；在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则溶液中c（Na+）+c（H+）__________c（NO3-）+c（OH-）（填写“＞”“＝”或“＜”）

（14分）

甲醇被称为2l世纪的新型燃料，工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ，来制备甲醇。

（1）将1．0 mol CH4和2．0 mol H2O（g）通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应：CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g）……Ⅰ，CH4的转化率与温度、压强的关系如右图所示：

①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为       。

②图中的P1                P2（填“<”、“>”或“=”），100℃时平衡常数为             。

（2）在压强为0．1 MPa条件下,  a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）  CH3OH（g） ……Ⅱ。

③该反应的△H               0，△S                 0（填“<”、“>”或“=”）。

④若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是                    

A．升高温度                        B．将CH3OH（g）从体系中分离

C．充入He，使体系总压强增大        D．再充入1mol CO和3mol H2

（3）在最新开发并投入生产的流动电解质直接甲醇燃料电池中，流动电解质硫酸的使用，可提高燃料电池效率约30%，该电池的负极反应为                              。

 

（15分）研究NO2、SO2 、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。

⑴I2O5可使H2S、CO、HC1等氧化，常用于定量测定CO的含量。已知：

2I2(s) + 5O2(g)= 2I2O5(s)     △H=－75.56 kJ·mol－1

2CO(g) + O2(g)= 2CO2(g)    △H=－566.0 kJ·mol－1

写出CO(g)与I2O5(s)反应生成I2(s)和CO2(g)的热化学方程式：                         。

⑵一定条件下，NO2与SO2反应生成SO3和NO两种气体。将体积比为1∶2的NO2、SO2气体置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是                    ，

a．体系压强保持不变                      b．混合气体颜色保持不变

c．SO3和NO的体积比保持不变            d．每消耗1 mol SO2的同时生成1 molNO

测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1∶6，则平衡常数K＝                      。

⑶从脱硝、脱硫后的烟气中获取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向。将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)  △H3

①取五份等体体积CO2和H2的的混合气体 （物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH3OH) 与反应温度T的关系曲线如图所示，则上述CO2转化为甲醇反应的△H3           0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在容积为1L的恒温密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下左图所示。若在上述平衡体系中再充0.5 mol CO2和1.5 mol H2O(g) （保持温度不变），则此平衡将            移动（填“向正反应方向”、“不”或“逆反应方向”）

     

③直接甲醇燃料电池结构如上右图所示。其工作时负极电极反应式可表示为            。

 

（14分）

甲醇被称为2l世纪的新型燃料，工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ，来制备甲醇。

（1）将1．0 mol CH4和2．0 mol H2O（g）通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应：CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g）……Ⅰ，CH4的转化率与温度、压强的关系如右图所示：

①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为        。

②图中的P1                 P2（填“<”、“>”或“=”），100℃时平衡常数为              。

（2）在压强为0．1 MPa条件下,  a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）  CH3OH（g） ……Ⅱ。

③该反应的△H                0，△S                  0（填“<”、“>”或“=”）。

④若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是                    

A．升高温度                         B．将CH3OH（g）从体系中分离

C．充入He，使体系总压强增大        D．再充入1mol CO和3mol H2

（3）在最新开发并投入生产的流动电解质直接甲醇燃料电池中，流动电解质硫酸的使用，可提高燃料电池效率约30%，该电池的负极反应为                               。

 

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