直接甲醇燃料电池.它属于质子交换膜燃料电池中之一类.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( )A．直接甲醇燃料电池低温生电.燃料成分危险性低.电池结构简单等特性B．电池工作时.电解质溶液pH值保持不变C．电池的负极反应式为3O2+12e-+12 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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（　　）

A．直接甲醇燃料电池低温生电、燃料成分危险性低、电池结构简单等特性

B．电池工作时，电解质溶液pH值保持不变

C．电池的负极反应式为3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂O

D．电池工作时，1molCH₃OH被氧化时就有4N_A个氢离子在正极消耗

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6N_A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．

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（1）脱硝．利用甲烷催化还原NO_x：CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1CH₄（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

．
（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

（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

．
（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

．

火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NO_x）、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NO_x：

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P₁P₂（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。